下肢助力外骨骼层级交互式学习控制算法研究
发布时间：2022-02-14 22:49
下肢外骨骼作为一个以人为核心的交互式机器人平台,成为了近年来较为热门的研究领域之一。按照其应用对象可分为助力、助行和康复下肢外骨骼,而本文的研究对象则是针对下肢助力外骨骼,主要应用于军事作战、应急救灾以及工业负重等应用场景。本学位论文针对下肢助力外骨骼,以控制外骨骼快速跟随穿戴者运动为目标,通过搭建基于增强学习的层级交互式学习框架,旨在实现人-外骨骼系统的运动协调控制,最终希望下肢助力外骨骼能够通过学习过程,来实现对不同穿戴者以及穿戴者不同步态的快速跟随。本学位论文的主要工作及成果归纳如下:1.下肢助力外骨骼传统的灵敏度放大控制算法（Sensitivity Amplification Control,SAC）有以下两个缺点:1)需要精确的动力学模型;2)无法适应不同穿戴者和穿戴者不同的运动状态。针对上述问题,本文提出了基于增强学习的交互式学习控制算法,通过增强学习算法对SAC控制器中的灵敏度放大因子进行在线学习,解决了传统灵敏度放大控制算法需要精确动力学模型的问题,并能够适应不同穿戴者以及穿戴者的不同运动状态。为了得到增强学习的学习目标,利用采集的不同身高和运动速度下的人体步态运动曲线...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 下肢外骨骼国内外研究现状
1.2.1 国外下肢外骨骼研究现状
1.2.2 国内下肢外骨骼研究现状
1.3 下肢助力外骨骼控制策略研究现状及发展趋势
1.4 论文研究目标及主要内容
第二章 增强学习及其应用综述
2.1 引言
2.2 增强学习基本框架
2.3 增强学习算法综述
2.3.1 基于MDP的增强学习方法
2.3.2 层级增强学习
2.4 增强学习在机器人控制中的应用
2.5 增强学习的发展趋势
2.6 本章小结
第三章 基于增强学习的控制器参数自适应
3.1 引言
3.2 下肢助力外骨骼动力学模型
3.2.1 下肢助力外骨骼系统模型
3.2.2 下肢助力外骨骼运动学分析
3.2.3 下肢助力外骨骼动力学建模
3.3 基于模型的灵敏度放大控制算法
3.4 基于增强学习的自适应灵敏度放大控制算法
3.4.1 自适应灵敏度放大控制算法框架
3.4.2 基于增强学习的控制器参数自适应
3.4.3 基于局部高斯过程回归的穿戴者运动状态估计
3.5 实验及结果讨论
3.5.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
3.5.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
3.6 本章小结
第四章 层级交互式学习控制算法
4.1 引言
4.2 层级交互式学习控制算法框架
4.3 基于动态运动基元的步态建模与学习
4.3.1 动态运动基元
4.3.2 基于局部加权回归的参数学习
4.3.3 一个范例
4.4 实验及结果讨论
4.4.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
4.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
4.5 本章小结
第五章 基于物理人机交互的耦合协同基元
5.1 引言
5.2 耦合协同基元及其参数学习
5.2.1 物理人机交互模型
5.2.2 耦合协同基元建模
5.2.3 耦合协同基元的参数学习
5.3 结合CCP的层级交互式学习控制算法
5.4 实验及结果讨论
5.4.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
5.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
5.5 本章小结
第六章 HUALEX下肢助力外骨骼系统
6.1 引言
6.2 HUALEX下肢助力外骨骼系统概述
6.3 机械与液压系统
6.3.1 仿生机构设计
6.3.2 可穿戴液压系统设计
6.4 传感与控制系统
6.4.1 传感系统
6.4.2 嵌入式控制系统
6.5 本章小结
第七章 结论
7.1 本文研究内容总结
7.2 课题展望
致谢
参考文献
博士期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]下肢携行外骨骼系统建模及控制[J]. 杨秀霞,杨晓冬,王亭,杨智勇. 舰船电子工程. 2016(04)
[2]携行外骨骼自适应虚拟力矩控制研究[J]. 杨秀霞,刘迪,赵国荣. 船电技术. 2015(11)
[3]The relationship between physical human-exoskeleton interaction and dynamic factors:using a learning approach for control applications[J]. TRAN Huu-Toan,CHENG Hong,LIN Xi Chuan,DUONG Mien-Ka,HUANG Rui. Science China（Information Sciences）. 2014(12)
[4]负重型下肢外骨骼机器人机构研究与仿真[J]. 方明周,王瑜,朱钧,何立冬,曹恒. 华东理工大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]基于参数探索的期望最大化策略搜索[J]. 程玉虎,冯涣婷,王雪松. 自动化学报. 2012(01)
[6]一种柔性双足压力检测装置与步态分析系统设计研究[J]. 郑成闻,宋全军,佟丽娜,陈炜,葛运建. 传感技术学报. 2010(12)
[7]基于时间序列分析的可穿戴助力机器人传感器信号预测的研究[J]. 孙兆君,余永,葛运建. 传感技术学报. 2009(03)
[8]基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究[J]. 孙建,余永,葛运建,陈峰,沈煌焕. 中国科学技术大学学报. 2008(12)
[9]能量辅助骨骼服NAEIES的开发[J]. 归丽华,杨智勇,顾文锦,张远山,杨秀霞. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
博士论文
[1]下肢助力外骨骼机器人研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现[D]. 牛彬.浙江大学 2006
本文编号：3625410
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 下肢外骨骼国内外研究现状
1.2.1 国外下肢外骨骼研究现状
1.2.2 国内下肢外骨骼研究现状
1.3 下肢助力外骨骼控制策略研究现状及发展趋势
1.4 论文研究目标及主要内容
第二章 增强学习及其应用综述
2.1 引言
2.2 增强学习基本框架
2.3 增强学习算法综述
2.3.1 基于MDP的增强学习方法
2.3.2 层级增强学习
2.4 增强学习在机器人控制中的应用
2.5 增强学习的发展趋势
2.6 本章小结
第三章 基于增强学习的控制器参数自适应
3.1 引言
3.2 下肢助力外骨骼动力学模型
3.2.1 下肢助力外骨骼系统模型
3.2.2 下肢助力外骨骼运动学分析
3.2.3 下肢助力外骨骼动力学建模
3.3 基于模型的灵敏度放大控制算法
3.4 基于增强学习的自适应灵敏度放大控制算法
3.4.1 自适应灵敏度放大控制算法框架
3.4.2 基于增强学习的控制器参数自适应
3.4.3 基于局部高斯过程回归的穿戴者运动状态估计
3.5 实验及结果讨论
3.5.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
3.5.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
3.6 本章小结
第四章 层级交互式学习控制算法
4.1 引言
4.2 层级交互式学习控制算法框架
4.3 基于动态运动基元的步态建模与学习
4.3.1 动态运动基元
4.3.2 基于局部加权回归的参数学习
4.3.3 一个范例
4.4 实验及结果讨论
4.4.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
4.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
4.5 本章小结
第五章 基于物理人机交互的耦合协同基元
5.1 引言
5.2 耦合协同基元及其参数学习
5.2.1 物理人机交互模型
5.2.2 耦合协同基元建模
5.2.3 耦合协同基元的参数学习
5.3 结合CCP的层级交互式学习控制算法
5.4 实验及结果讨论
5.4.1 单自由度下肢助力外骨骼仿真验证
5.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼实验验证
5.5 本章小结
第六章 HUALEX下肢助力外骨骼系统
6.1 引言
6.2 HUALEX下肢助力外骨骼系统概述
6.3 机械与液压系统
6.3.1 仿生机构设计
6.3.2 可穿戴液压系统设计
6.4 传感与控制系统
6.4.1 传感系统
6.4.2 嵌入式控制系统
6.5 本章小结
第七章 结论
7.1 本文研究内容总结
7.2 课题展望
致谢
参考文献
博士期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]下肢携行外骨骼系统建模及控制[J]. 杨秀霞,杨晓冬,王亭,杨智勇. 舰船电子工程. 2016(04)
[2]携行外骨骼自适应虚拟力矩控制研究[J]. 杨秀霞,刘迪,赵国荣. 船电技术. 2015(11)
[3]The relationship between physical human-exoskeleton interaction and dynamic factors:using a learning approach for control applications[J]. TRAN Huu-Toan,CHENG Hong,LIN Xi Chuan,DUONG Mien-Ka,HUANG Rui. Science China（Information Sciences）. 2014(12)
[4]负重型下肢外骨骼机器人机构研究与仿真[J]. 方明周,王瑜,朱钧,何立冬,曹恒. 华东理工大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]基于参数探索的期望最大化策略搜索[J]. 程玉虎,冯涣婷,王雪松. 自动化学报. 2012(01)
[6]一种柔性双足压力检测装置与步态分析系统设计研究[J]. 郑成闻,宋全军,佟丽娜,陈炜,葛运建. 传感技术学报. 2010(12)
[7]基于时间序列分析的可穿戴助力机器人传感器信号预测的研究[J]. 孙兆君,余永,葛运建. 传感技术学报. 2009(03)
[8]基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究[J]. 孙建,余永,葛运建,陈峰,沈煌焕. 中国科学技术大学学报. 2008(12)
[9]能量辅助骨骼服NAEIES的开发[J]. 归丽华,杨智勇,顾文锦,张远山,杨秀霞. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
博士论文
[1]下肢助力外骨骼机器人研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现[D]. 牛彬.浙江大学 2006
本文编号：3625410
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