《仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論》一書，重點討論仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論。可穿戴外骨骼的設計應該符合人體工程學,人體與外骨骼耦合為一個整體,人是系統(tǒng)的核心,處于控制回路當中。因此,人機協(xié)同控制算法需要將人的因素考慮在內。全書內容分為12章，主要包括基于遺傳算法的人機耦合步態(tài)軌跡優(yōu)化、基于光電傳感的足底壓力傳感系統(tǒng)、多運動模式步態(tài)相位識別、仿生外骨骼關節(jié)角度協(xié)同運動。在外骨骼仿生設計的基礎上,本書討論了軌跡跟蹤自適應控制算法、模糊自適應控制算法、不確定逼近的RBF神經網絡自適應控制算法等。
目 錄
第1章
緒論1
1.1 仿生外骨骼研究的目的和意義 1
1.2 仿生外骨骼國內外研究現(xiàn)狀 2
1.3 仿生外骨骼關鍵技術與問題分析 12
第2章 基于遺傳算法的人機耦合仿真模型18
2.1 人體下肢生理結構分析 18
2.1.1 人體解剖學18
2.1.2 下肢各關節(jié)自由度分析 20
2.1.3 關節(jié)驅動的自由度選擇 21
2.2 人機耦合的仿生外骨骼構型設計 22
2.2.1 人體下肢運動鏈22
2.2.2 仿生外骨骼鏈24
2.2.3 人機耦合模型25
2.3 遺傳算法的步態(tài)軌跡優(yōu)化 26
2.3.1 耦合系統(tǒng)步態(tài)軌跡27
2.3.2 適應度評估方程29
2.3.3 仿真實驗及結果分析 31
2.4 本章小結 37
第3章 」基于光電感應的足底壓力傳感系統(tǒng)38
3.1 仿生外骨骼的足底壓力傳感系統(tǒng)設計 38
3.2 光電式壓力傳感單元 39
3.2.1 光電-壓力傳感原理 39
3.2.2 模塊化傳感單元設計與制造 40
3.2.3足底壓力傳感鞋墊方案 43
3.2.4 足底壓力中心步態(tài)參數(shù) 45
3.3 足底壓力數(shù)據(jù)采集實驗 46
3.3.1傳感器特性分析46
3.3.2 雙足壓力信號采集48
3.4 本章小結 51
第4章 基于神經網絡的步態(tài)相位識別52
4.1 仿生外骨骼的步態(tài)相位識別 52
4.2步態(tài)數(shù)據(jù)采集設備 53
4.3 步態(tài)相位劃分方法 56
4.4 步態(tài)相位識別 59
4.4.1 多層感知機神經網絡算法 59
4.4.2 人體步態(tài)數(shù)據(jù)集60
4.4.3 多運動模式步態(tài)相位識別 62
4.5 本章小結 67
第5章 基于長短時記憶網絡的運動協(xié)同方法68
5.1 仿生外骨骼的運動協(xié)同 68
5.2 關節(jié)傳感系統(tǒng)設計 69
5.3 動力外骨骼硬件系統(tǒng) 70
5.4 關節(jié)角度協(xié)同運動實驗 72
5.5 長短時記憶網絡的預測分析 76
5.5.1 長短時記憶網絡76
5.5.2 運動協(xié)同預測結果78
5.6 本章小結 83
第6章 仿生外骨骼本體構型設計85
6.1 仿生外骨骼結構設計與仿真分析 85
6.1.1 結構設計85
6.1.2 仿真分析89
6.2 踝關節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設計 92
6.3 動力外骨骼樣機 98
6.3.1 關節(jié)執(zhí)行器方案98
6.3.2 動力外骨骼機構99
6.3.3 樣機實物 102
6.4 本章小結103
第7章 仿生外骨骼運動學與動力學分析 104
7.1 人體步態(tài)分析104
7.2 仿生外骨骼運動學分析107
7.3 仿生外骨骼動力學分析111
7.4 本章小結113
