液驱下肢外骨骼M-G模态空间解耦控制研究
发布时间：2021-04-25 23:04
随着社会的进步、科技的发展,外骨骼作为一种结合机械动力和人类智能的新兴机器人,在军事、救灾、医疗等领域的应用越来越广泛。其中,通过下肢外骨骼帮助因神经损伤等原因导致瘫痪的患者进行站立或行走,辅助患者沿着指定步态轨迹进行康复训练已成为医疗领域的迫切需求。然而,外骨骼的机械机构导致其具有复杂的非线性动力学模型,并且各关节间存在动力耦合,难以实现各关节通道的独立控制,严重降低了下肢外骨骼的轨迹跟踪性能。因此,本文提出一种新颖的解耦控制结构——基于质量和重力的（M-G）模态空间滑模解耦控制,不仅能够实现关节解耦还能够减小滑模控制器的抖振。本文主要对液驱下肢外骨骼的解耦控制策略开展研究,主要研究内容如下:1.分析人体下肢结构及运动特性,探明下肢结构参数和关节运动范围,进而确定下肢外骨骼关节自由度和运动范围,完成外骨骼本体结构设计方案。2.基于机构连杆几何关系建立外骨骼运动学模型;基于拉格朗日方程建立外骨骼动力学模型;基于电液伺服理论建立阀控非对称缸模型;并基于此建立液驱下肢外骨骼系统的整体模型,为模态理论研究提供理论基础。3.建立振动力学方程,分析外骨骼动力耦合本质特性,构建外骨骼系统的M-G模...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题背景及意义
1.2 外骨骼研究现状
1.2.1 外骨骼国外研究现状
1.2.2 外骨骼国内研究现状
1.3 外骨骼解耦策略研究现状
1.4 外骨骼控制策略研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 人体下肢运动分析及外骨骼机构方案
2.1 引言
2.2 人体下肢运动分析
2.2.1 人体运动参考系
2.2.2 人体下肢关节特征分析
2.2.3 人体运动特征分析
2.3 下肢外骨骼机构方案
2.3.1 下肢外骨骼关节自由度配置
2.3.2 下肢外骨骼驱动方式对比分析
2.3.3 下肢外骨骼本体机械结构方案
2.4 本章小结
第3章 下肢外骨骼运动学与动力学建模
3.1 引言
3.2 下肢外骨骼运动学建模
3.3 下肢外骨骼关节空间动力学建模
3.4 下肢外骨骼驱动器空间动力学建模
3.5 下肢外骨骼液压驱动系统建模
3.5.1 液压缸固有频率分析
3.5.2 电液伺服阀流量方程建立
3.5.3 非对称液压缸流量方程建立
3.5.4 非对称液压缸力平衡方程建立
3.6 本章小结
第4章 液驱外骨骼系统模态理论研究
4.1 引言
4.2 液驱外骨骼系统动力耦合分析
4.3 液驱外骨骼系统M-G模态空间理论分析
4.3.1 液驱外骨骼系统M-G模态空间建立
4.3.2 液驱外骨骼系统M-G模态空间映射关系分析
4.3.3 液驱外骨骼系统M-G模态通道解耦特性分析
4.3.4 液驱外骨骼系统物理空间解耦条件分析
4.3.5 液驱外骨骼模态通道与物理通道性能关系分析
4.4 本章小结
第5章 液驱外骨骼模态控制策略研究
5.1 引言
5.2 M-G模态滑模控制器设计
5.2.1 滑模变结构控制基本原理
5.2.2 M-G模态滑模控制器设计
5.2.3 M-G模态滑模稳定性分析
5.3 本章小结
第6章 下肢外骨骼M-G模态解耦控制实验验证研究
6.1 引言
6.2 下肢外骨骼控制系统方案
6.3 下肢外骨骼实验研究
6.3.1 物理空间动力耦合特性验证
6.3.2 M-G模态通道解耦特性验证
6.3.3 M-G模态空间控制解耦条件验证
6.3.4 模态通道与物理通道性能关系验证
6.3.5 M-G模态滑模控制有效性验证
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应RBF控制的下肢康复机器人机械结构动力学仿真[J]. 沈显庆,任琳琳. 黑龙江科技大学学报. 2019(04)
[2]外骨骼机器人研究现状及面临的问题[J]. 戴宗妙,都军民. 现代制造工程. 2019(03)
[3]基于模糊PID滑模控制的外骨骼控制系统设计[J]. 胡飞,许德章,王毓. 安徽工程大学学报. 2017(04)
[4]液压外骨骼机器人非线性模糊滑模控制方法[J]. 陈庆诚,朱世强,蒋瑜,刘松国. 农业机械学报. 2017(04)
[5]工业机器人的线性解耦控制联合仿真研究[J]. 汪坤,梁艳阳,刘宏伟. 制造业自动化. 2016(09)
[6]多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析[J]. 宋遒志,王晓光,王鑫,汪阳. 兵工学报. 2016(01)
[7]康复机器人概述[J]. 周媛,王宁华. 中国康复医学杂志. 2015(04)
[8]外骨骼机器人的研究现状及发展趋势[J]. 邢凯,赵新华,陈炜,侍才洪,郭月,张西正. 医疗卫生装备. 2015(01)
[9]外骨骼机器人研究进展及前景展望[J]. 王勇,史生坤. 电子制作. 2013(21)
[10]下肢康复机器人离散自适应控制的研究[J]. 崔文琪,钱伟康,李峰. 测控技术. 2012(12)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]可穿戴型助力机器人技术研究[D]. 陈峰.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]液驱并联机构多维力加载系统模态解耦控制研究[D]. 王志鹏.燕山大学 2019
[2]基于逆系统方法的下肢康复机器人解耦控制研究[D]. 路廷廷.燕山大学 2017
[3]脑卒中偏瘫上肢康复外骨骼机器人的基础理论研究[D]. 梁康贵.哈尔滨工业大学 2016
[4]下肢助力外骨骼机器人的研究[D]. 彭延云.哈尔滨工业大学 2016
[5]下肢助力外骨骼机器人设计与研究[D]. 逄学伟.合肥工业大学 2016
[6]助力外骨骼下肢控制技术研究[D]. 潘忠强.浙江大学 2015
[7]面向紧急救援的可穿戴式下肢外骨骼设计研究[D]. 吴佳.浙江大学 2014
[8]偏瘫患者辅助行走下肢康复外骨骼系统开发研究[D]. 吴海杰.浙江大学 2014
[9]下肢外骨骼康复机器人的机构设计与分析[D]. 张倩.电子科技大学 2013
[10]可穿戴下肢助力机器人动力学建模及其控制研究[D]. 方郁.中国科学技术大学 2009
本文编号：3160250
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题背景及意义
1.2 外骨骼研究现状
1.2.1 外骨骼国外研究现状
1.2.2 外骨骼国内研究现状
1.3 外骨骼解耦策略研究现状
1.4 外骨骼控制策略研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 人体下肢运动分析及外骨骼机构方案
2.1 引言
2.2 人体下肢运动分析
2.2.1 人体运动参考系
2.2.2 人体下肢关节特征分析
2.2.3 人体运动特征分析
2.3 下肢外骨骼机构方案
2.3.1 下肢外骨骼关节自由度配置
2.3.2 下肢外骨骼驱动方式对比分析
2.3.3 下肢外骨骼本体机械结构方案
2.4 本章小结
第3章 下肢外骨骼运动学与动力学建模
3.1 引言
3.2 下肢外骨骼运动学建模
3.3 下肢外骨骼关节空间动力学建模
3.4 下肢外骨骼驱动器空间动力学建模
3.5 下肢外骨骼液压驱动系统建模
3.5.1 液压缸固有频率分析
3.5.2 电液伺服阀流量方程建立
3.5.3 非对称液压缸流量方程建立
3.5.4 非对称液压缸力平衡方程建立
3.6 本章小结
第4章 液驱外骨骼系统模态理论研究
4.1 引言
4.2 液驱外骨骼系统动力耦合分析
4.3 液驱外骨骼系统M-G模态空间理论分析
4.3.1 液驱外骨骼系统M-G模态空间建立
4.3.2 液驱外骨骼系统M-G模态空间映射关系分析
4.3.3 液驱外骨骼系统M-G模态通道解耦特性分析
4.3.4 液驱外骨骼系统物理空间解耦条件分析
4.3.5 液驱外骨骼模态通道与物理通道性能关系分析
4.4 本章小结
第5章 液驱外骨骼模态控制策略研究
5.1 引言
5.2 M-G模态滑模控制器设计
5.2.1 滑模变结构控制基本原理
5.2.2 M-G模态滑模控制器设计
5.2.3 M-G模态滑模稳定性分析
5.3 本章小结
第6章 下肢外骨骼M-G模态解耦控制实验验证研究
6.1 引言
6.2 下肢外骨骼控制系统方案
6.3 下肢外骨骼实验研究
6.3.1 物理空间动力耦合特性验证
6.3.2 M-G模态通道解耦特性验证
6.3.3 M-G模态空间控制解耦条件验证
6.3.4 模态通道与物理通道性能关系验证
6.3.5 M-G模态滑模控制有效性验证
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应RBF控制的下肢康复机器人机械结构动力学仿真[J]. 沈显庆,任琳琳. 黑龙江科技大学学报. 2019(04)
[2]外骨骼机器人研究现状及面临的问题[J]. 戴宗妙,都军民. 现代制造工程. 2019(03)
[3]基于模糊PID滑模控制的外骨骼控制系统设计[J]. 胡飞,许德章,王毓. 安徽工程大学学报. 2017(04)
[4]液压外骨骼机器人非线性模糊滑模控制方法[J]. 陈庆诚,朱世强,蒋瑜,刘松国. 农业机械学报. 2017(04)
[5]工业机器人的线性解耦控制联合仿真研究[J]. 汪坤,梁艳阳,刘宏伟. 制造业自动化. 2016(09)
[6]多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析[J]. 宋遒志,王晓光,王鑫,汪阳. 兵工学报. 2016(01)
[7]康复机器人概述[J]. 周媛,王宁华. 中国康复医学杂志. 2015(04)
[8]外骨骼机器人的研究现状及发展趋势[J]. 邢凯,赵新华,陈炜,侍才洪,郭月,张西正. 医疗卫生装备. 2015(01)
[9]外骨骼机器人研究进展及前景展望[J]. 王勇,史生坤. 电子制作. 2013(21)
[10]下肢康复机器人离散自适应控制的研究[J]. 崔文琪,钱伟康,李峰. 测控技术. 2012(12)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]可穿戴型助力机器人技术研究[D]. 陈峰.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]液驱并联机构多维力加载系统模态解耦控制研究[D]. 王志鹏.燕山大学 2019
[2]基于逆系统方法的下肢康复机器人解耦控制研究[D]. 路廷廷.燕山大学 2017
[3]脑卒中偏瘫上肢康复外骨骼机器人的基础理论研究[D]. 梁康贵.哈尔滨工业大学 2016
[4]下肢助力外骨骼机器人的研究[D]. 彭延云.哈尔滨工业大学 2016
[5]下肢助力外骨骼机器人设计与研究[D]. 逄学伟.合肥工业大学 2016
[6]助力外骨骼下肢控制技术研究[D]. 潘忠强.浙江大学 2015
[7]面向紧急救援的可穿戴式下肢外骨骼设计研究[D]. 吴佳.浙江大学 2014
[8]偏瘫患者辅助行走下肢康复外骨骼系统开发研究[D]. 吴海杰.浙江大学 2014
[9]下肢外骨骼康复机器人的机构设计与分析[D]. 张倩.电子科技大学 2013
[10]可穿戴下肢助力机器人动力学建模及其控制研究[D]. 方郁.中国科学技术大学 2009
本文编号：3160250
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