下肢助力外骨骼机器人意图识别与运动控制研究

发布时间：2023-06-05 00:52

　　当今社会机器人技术不断发展,外骨骼机器人技术在医疗康复、物流搬运、救灾抢险等领域都得到了广泛的应用。在救灾抢险中,由于地形复杂原因,救灾人员需要长时间背负救灾设备对伤员实施救援。为了应对救灾环境中的突发性等状况,用于救灾人员的外骨骼机器人需要具有准确的运动意图识别系统和合适的运动控制系统,保证救灾人员的救援效率和人身安全。因此,本文设计一款应用于救灾抢险的辅助穿戴者长时间负重行走的助力型下肢外骨骼,主要对其意图识别算法和运动控制展开研究。本文通过对下肢主要运动关节结构和人体运动步态的特征分析,结合助力型下肢外骨骼机器人的工作任务,提出了适合本系统的助力型下肢外骨骼机器人有限状态机分类。基于外骨骼机器人的有限状态机转换,从外骨骼机器人运动状态的数据特征和人机交互检测深入分析,设计完成下肢助力外骨骼机器人传感器系统。基于人体运动状态的数据特征分析,设计出足底压力数据检测和支持向量机模型相结合的外骨骼机器人运动状态识别算法。在外骨骼机器人人机交互检测系统的基础上,根据外骨骼机器人有限状态机转换,划分出外骨骼机器人的助力和跟随区间,并针对助力和跟随区间分别设计基于阻抗的模糊控制算法和基于DMP...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 外骨骼机器人的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 研究内容
第二章 外骨骼机器人有限状态机划分
    2.1 引言
    2.2 人体运动步态分析
        2.2.1 下肢关节生理结构
        2.2.2 人体运动步态分析
    2.3 下肢助力外骨骼机器人状态划分
    2.4 本章小结
第三章 外骨骼机器人数据采集系统
    3.1 引言
    3.2 下肢外骨骼机器人传感器选型
    3.3下肢外骨骼机器人传感器分布
    3.4 下肢外骨骼机器人通信系统
    3.5 本章小结
第四章 外骨骼机器人运动意图识别系统
    4.1 引言
    4.2 传感器数据处理
        4.2.1 传感器数据采集
        4.2.2 传感器数据滤波
    4.3 基于足底压力检测的步态相位识别算法
    4.4 基于支持向量机的外骨骼机器人意图识别算法
    4.5 足底压力检测和支持向量机相结合的运动状态识别算法
        4.5.1 意图识别算法设计
        4.5.2 实验结果分析
    4.6 本章小结
第五章 外骨骼机器人运动控制
    5.1 引言
    5.2 基于步态相位划分的外骨骼运动控制方式
    5.3 外骨骼机器人模糊阻抗控制
        5.3.1 单腿动力学模型
        5.3.2 阻抗控制原理
        5.3.3 模糊控制原理
        5.3.4 基于模糊控制的阻抗控制算法
        5.3.5 仿真实验
    5.4 基于DMP的步态轨迹生成位置控制
        5.4.1 动态运动基元原理
        5.4.2 仿真实验
    5.5 实验结果分析
    5.6 运动控制实验
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来展望
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢



本文编号：3831358