仿生外骨骼的运动协同与自适应控制理论PDF电子书下载

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第1章 绪论 1

1.1仿生外骨骼研究的目的和意义 1

1.2仿生外骨骼国内外研究现状 2

1.3仿生外骨骼关键技术与问题分析 12

第2章 基于遗传算法的人机耦合仿真模型 18

2.1人体下肢生理结构分析 18

2.1.1人体解剖学 18

2.1.2下肢各关节自由度分析 20

2.1.3关节驱动的自由度选择 21

2.2人机耦合的仿生外骨骼构型设计 22

2.2.1人体下肢运动链 22

2.2.2仿生外骨骼链 24

2.2.3人机耦合模型 25

2.3遗传算法的步态轨迹优化 26

2.3.1耦合系统步态轨迹 27

2.3.2适应度评估方程 29

2.3.3仿真实验及结果分析 31

2.4本章小结 37

第3章 基于光电感应的足底压力传感系统 38

3.1仿生外骨骼的足底压力传感系统设计 38

3.2光电式压力传感单元 39

3.2.1光电-压力传感原理 39

3.2.2模块化传感单元设计与制造 40

3.2.3足底压力传感鞋垫方案 43

3.2.4足底压力中心步态参数 45

3.3足底压力数据采集实验 46

3.3.1传感器特性分析 46

3.3.2双足压力信号采集 48

3.4本章小结 51

第4章 基于神经网络的步态相位识别 52

4.1仿生外骨骼的步态相位识别 52

4.2步态数据采集设备 53

4.3步态相位划分方法 56

4.4步态相位识别 59

4.4.1多层感知机神经网络算法 59

4.4.2人体步态数据集 60

4.4.3多运动模式步态相位识别 62

4.5本章小结 67

第5章 基于长短时记忆网络的运动协同方法 68

5.1仿生外骨骼的运动协同 68

5.2关节传感系统设计 69

5.3动力外骨骼硬件系统 70

5.4关节角度协同运动实验 72

5.5长短时记忆网络的预测分析 76

5.5.1长短时记忆网络 76

5.5.2运动协同预测结果 78

5.6本章小结 83

第6章 仿生外骨骼本体构型设计 85

6.1仿生外骨骼结构设计与仿真分析 85

6.1.1结构设计 85

6.1.2仿真分析 89

6.2踝关节执行器的创新设计 92

6.3动力外骨骼样机 98

6.3.1关节执行器方案 98

6.3.2动力外骨骼机构 99

6.3.3样机实物 102

6.4本章小结 103

第7章 仿生外骨骼运动学与动力学分析 104

7.1人体步态分析 104

7.2仿生外骨骼运动学分析 107

7.3仿生外骨骼动力学分析 111

7.4本章小结 113

第8章 基于轨迹跟踪的仿生外骨骼自适应控制 114

8.1基于轨迹跟踪的自适应控制算法综述 114

8.2单腿四自由度动力学模型 115

8.3鲁棒自适应控制器设计 116

8.3.1扰动信号上确界未知的控制器设计 116

8.3.2轨迹跟踪自适应控制方法实现 118

8.3.3动态方程线性化 119

8.4控制仿真实验及分析 120

8.5本章小结 124

第9章 基于MIMO的仿生外骨骼模糊自适应控制 126

9.1基于MIMO的模糊自适应控制综述 126

9.2摩擦、外加干扰和负载变化情况的模糊补偿控制 127

9.3数值模拟与比较 130

9.4基于MIMO的仿生外骨骼仿真分析 132

9.5本章小结 136

第10章 基于Backstepping的仿生外骨骼模糊自适应控制 137

10.1基于Backstepping的模糊自适应控制综述 137

10.2基于Backstepping的自适应模糊控制系统搭建 138

10.2.1系统描述 138

10.2.2 Backstepping控制器的设计及稳定性分析 139

10.3基于Backstepping的仿生外骨骼仿真分析 144

10.4实验验证 147

10.4.1可穿戴关节角度测量装置 148

10.4.2平地实验 148

10.4.3上楼梯实验 152

10.5本章小结 157

第11章 基于RBF神经网络的仿生外骨骼自适应控制 159

11.1基于RBF神经网络的自适应控制综述 159

11.2仿生外骨骼的动力学模型 160

11.3 RBF神经网络描述 161

11.4仿生外骨骼的RBF神经网络自适应控制 162

11.4.1系统描述 162

11.4.2模型不确定部分的RBF神经网络逼近 163

11.4.3控制器的设计与分析 164

11.5基于RBF神经网络的仿生外骨骼仿真分析 167

11.6实验验证 170

11.6.1平地实验描述 170

11.6.2数据采集与分析 171

11.7本章小结 174

第12章 仿生外骨骼控制系统设计 175

12.1控制系统 175

12.1.1硬件控制系统 175

12.1.2软件控制系统 176

12.2仿生外骨骼轻量化设计与要求 180

12.2.1设计原则与要求 180

12.2.2仿生外骨骼轻量化设计 181

12.3仿生外骨骼控制策略 184

12.4本章小结 186

缩略词及中英文对照 188

参考文献 190

后记 205

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