外骨骼機器人控制原理與設計( 簡體 字) | |
| 作者：蔣磊 | 類別：1. -> 電子工程 -> 機器人 |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 55636詢問書籍請說出此書號！ 缺書 NT售價： 230 元 |
| 出版日：1/1/2022 | |
| 頁數：154 | |
| 光碟數：0 | |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 字 ) |
| ISBN：9787302558293 | 加入購物車 │加到我的最愛 (請先登入會員) |
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第1章緒論1
1.1外骨骼機器人研究意義1 1.2外骨骼機器人研究現狀2 1.3醫用外骨骼機器人研究現狀5 1.4外骨骼機器人控制策略現狀8 1.5本章小結10 第2章扭繩驅動技術研究11 2.1扭繩驅動方式結構12 2.2扭繩驅動方式的數學模型13 2.3扭繩驅動方式數學模型的實驗驗證16 2.4本章小結25 第3章外骨骼機器人的機械設計26 3.1人體上肢解剖學結構26 3.2人體上肢動力學建模研究28 3.3外骨骼機器人設計標準33 3.4可穿戴外骨骼康復訓練機器人的機械結構設計34 3.4.1目標人群的身材尺寸34 3.4.2上肢外骨骼康復訓練機器人機械本體設計37 3.4.3上肢外骨骼康復訓練機器人驅動結構設計40 3.4.4上肢外骨骼康復訓練機器人肩部串聯結構設計41 3.5本章小結43 目錄外骨骼機器人控制原理與設計第4章外骨骼機器人控制研究44 4.1上肢外骨骼機器人單軸控制44 4.1.1系統建模45 4.1.2直流電機傳遞函數46 4.1.3扭繩傳遞函數48 4.2雙端反向對拉扭繩驅動器的初始化50 4.3扭繩驅動關節同步控制研究52 4.3.1扭繩驅動關節同步系統實驗裝置52 4.3.2扭繩驅動關節同等控制策略研究55 4.3.3扭繩驅動關節的交叉耦合同步控制策略研究58 4.3.4扭繩驅動關節基于LQR的優化控制研究61 4.4本章小結73 第5章外骨骼機器人自適應魯棒控制74 5.1系統的非線性74 5.2自適應魯棒控制75 5.2.1自適應控制器設計75 5.2.2自適應魯棒控制器設計77 5.3基于自適應魯棒的交叉耦合同步控制策略83 5.4基于ArduinoUno的自適應魯棒控制器實現89 5.4.1Arduino的介紹89 5.4.2ArduinoUno的多機通信90 5.4.3控制算法的移植91 5.5本章小結92 第6章人體上肢運動特征分析93 6.1上肢運動軌跡識別93 6.1.1人體骨骼的坐標表示93 6.1.2肩關節和肘關節轉動角度計算方法95 6.2基于卡爾曼濾波器上肢軌跡跟蹤預測96 6.2.1卡爾曼濾波器原理介紹97 6.2.2卡爾曼濾波器在軌跡跟蹤預測中的應用97 6.2.3上肢運動軌跡跟蹤預測算法98 6.2.4實驗結果分析99 6.3人體上肢運動軌跡跟蹤103 6.4本章小結105 第7章下肢生理結構與運動機理106 7.1人體空間坐標系106 7.2下肢關節及其運動特點107 7.3步態特征分析110 7.4步態周期劃分111 7.5數據采集系統方案設計112 7.5.1姿態角度傳感器113 7.5.2微控制器STM32F051K8114 7.5.3運動處理單元MPU9250115 7.5.4四元數與歐拉角115 7.5.5壓力傳感器117 7.6傳感器部署方案118 7.7實驗數據采集119 7.7.1姿態角度傳感器數據采集119 7.7.2壓力傳感器數據采集122 7.7.3實驗數據123 7.8本章小結125 第8章下肢外骨骼步態預測方法126 8.1棧式自編碼器126 8.2長短時記憶神經網絡128 8.3SAELSTM模型構建129 8.4SAELSTM模型優化算法131 8.4.1梯度下降法131 8.4.2Momentum算法133 8.4.3Adagrad算法134 8.4.4RMSprop算法135 8.4.5Adam算法136 8.5SAELSTM神經網絡訓練流程137 8.6實驗過程139 8.6.1實驗環境139 8.6.2實驗結果與分析139 8.7本章小結144 參考文獻145 外骨骼機器人在單兵軍事作戰裝備、醫療康復、救災救援、公共安全、教育娛樂、重大科學研究等方面都有重要應用。在我國勞動力成本快速上漲，人口老齡化問題日益嚴重的形勢下，外骨骼機器人發展的潛力巨大。本書在分析外骨骼機器人國內外研發現狀的基礎上，以中風患者的康復訓練外骨骼機器人、下肢助力外骨骼機器人為例，重點介紹外骨骼康復訓練機器人的機械設計、驅動方式與控制策略。介紹針對外骨骼機器人驅動器的自適應魯棒控制的交叉耦合同步控制策略。同時介紹如何將深度學習技術融入外骨骼機器人操作者的行為動態分析中，提高外骨骼機器人的隨動控制效率和準確率。
本書可以作為外骨骼機器人設計與開發等相關技術人員的參考書，對外骨骼機器人有興趣的讀者也可以從本書中得到啟迪。 隨著機器人技術的快速發展，機器人已經深入人類生活的各個領域。機器人可以承擔復雜多樣的任務，代替或協助人類完成各項工作，大大提高了生產效率。外骨骼的概念來源于節肢動物為保護和支撐身體、幫助行動的堅硬外部結構。而人類則能通過機械傳動和控制系統仿生出機械外骨骼，讓人跑得更快、跳得更高、負重更多。機械外骨骼既能夠幫助行動不便的人提高行動能力，也可以讓正常人擁有更強的力量與更快的速度，完成更加困難的戰斗或工業生產任務。
可穿戴型外骨骼機器人可以增強個人在完成特定任務時的能力，外骨骼機器人和操縱者組成的人機一體化系統具有更好的環境適應能力。未來的外骨骼機器人能夠應用在單兵軍事作戰裝備、醫療康復、救災救援、公共安全、教育娛樂、重大科學研究等方面。隨著我國勞動力成本快速上漲、人口紅利逐漸消失，未來人體的機能需要不斷提升，甚至要遠遠超越自身極限，外骨骼機器人發展潛力巨大。 在世界范圍內，中風是造成神經永久性損傷的首要原因，其致死率排在心臟病和癌癥之后，是目前造成人類死亡的第三大疾病。每年全世界約有1500萬人新患中風，其中三分之一的患者因此失去生命。隨著我國社會經濟的發展與科技水平的提高，人們對于中風患者中風后的醫療質量寄予了更高的期望。中風患者更是希望通過中風后的康復治療，恢復部分肢體功能，早日重新回歸社會，重新擁有正常的生活與工作。目前我國中風患者的康復訓練基本依靠治療醫師的幫助，但現有的醫師數量與中風患者的數量比例極度失衡，昂貴的康復訓練費用也使很多患者的治療無法保證。科技的發展以及全社會不斷加大對中風患者的關注，推動了康復訓練外骨骼機器人的出現，這在很大程度上幫助中風患者解決上述問題。 本書將詳細分析外骨骼機器人的國內外研究現狀，重點介紹外骨骼訓練機器人的機械設計、驅動方式與控制策略，提出以中風康復訓練為核心的外骨骼機器人設計方法。介紹一種新型的扭繩驅動方式，這種驅動方式能量消耗少、易于控制、響應速度快并且可將驅動器放置在遠離上肢外骨骼康復訓練機器人驅動關節的位置，從而減少穿戴康復機器人的患者的負擔。本書在介紹扭繩驅動方式機制的基礎上，將著重分析扭繩驅動方式的理論模型，對扭繩驅動理論模型的正確性和穩定性進行實驗驗證。結合具體的實驗數據深入分析扭繩驅動方式的重復使用性、遲滯性、自我纏繞以及在不同配置下扭繩所具有不同的運動特性等問題。本書將闡述針對扭繩驅動裝置的非線性自適應魯棒控制器的設計原理，通過理論分析和實驗證明自適應魯棒控制器在控制扭繩驅動關節轉動的過程中具有良好的瞬態和穩態性能。本書將根據人體下肢生理結構與運動機理，對行走步態進行分析與周期劃分，設計開發行走步態數據采集系統，最后建立下肢外骨骼步態預測模型（SAELSTM），用于提高外骨骼機器人的隨動控制效率和準確率。 由于作者的學識與研究水平有限，研究領域與視角不夠寬闊，書中一定有很多不盡如人意的地方，敬請相關專家和讀者指正。 作者2021年10月 | |
