章緒論


1.1研究背景與意義


1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀


1.2.1外骨骼樣機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀


1.2.2外骨骼控制策略國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀


1.2.3外骨骼感知系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀


1.2.4外骨骼建模仿真分析方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀


1.3主要研究?jī)?nèi)容


第2章助力型人體下肢外骨骼機(jī)械系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)


2.1外骨骼機(jī)械系統(tǒng)基礎(chǔ)分析


2.1.1基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)軸


2.1.2結(jié)構(gòu)尺寸分析


2.1.3關(guān)節(jié)自由度分析


2.1.4驅(qū)動(dòng)自由度的選擇


2.1.5驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分析


2.2外骨骼機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)


2.2.1電機(jī)直驅(qū)型外骨骼結(jié)構(gòu)方案


2.2.2液壓、電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)型外骨骼結(jié)構(gòu)方案


2.2.3平動(dòng)膝關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)方案


2.2.4三種結(jié)構(gòu)方案對(duì)比分析


2.3小結(jié)


第3章助力型人體下肢外骨骼多體動(dòng)力學(xué)建模與仿真分析


3.1運(yùn)動(dòng)步態(tài)分析


3.1.1三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的標(biāo)記點(diǎn)重建


3.1.2三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)


3.1.3運(yùn)動(dòng)步態(tài)仿真曲線


3.2外骨骼多體動(dòng)力學(xué)Adams仿真


3.2.1仿真模型


3.2.2不同負(fù)載時(shí)屈伸關(guān)節(jié)參數(shù)對(duì)比


3.2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)分析


3.2.4外骨骼關(guān)節(jié)彈性元件、阻尼元件添加方法分析


3.2.5模型的ZMP分析


3.3小結(jié)


第4章下肢外骨骼人機(jī)協(xié)同建模與助力能力仿真分析


4.1旋轉(zhuǎn)膝關(guān)節(jié)外骨骼人機(jī)協(xié)同Adams-Simulink聯(lián)合建模與仿真


4.1.1人機(jī)耦合Adams-Simulink聯(lián)合仿真模型建立


4.1.2人機(jī)耦合模型聯(lián)合仿真計(jì)算


4.1.3外骨骼助力效果分析


4.2平動(dòng)膝關(guān)節(jié)外骨骼助力能力仿真分析


4.2.1平動(dòng)膝關(guān)節(jié)外骨骼人機(jī)耦合Adams-Simulink聯(lián)合仿真模型建立


4.2.2平動(dòng)膝關(guān)節(jié)外骨骼助力效果分析


4.3仿真方法合理性驗(yàn)證


4.3.1人體模型驗(yàn)證


4.3.2人機(jī)耦合模型驗(yàn)證


4.4小結(jié)


第5章基于電機(jī)電流環(huán)的交互力放大控制方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)證


5.1基于電機(jī)電流環(huán)的交互力放大控制方案設(shè)計(jì)


5.1.1穩(wěn)定性分析


5.1.2伺服電機(jī)三環(huán)運(yùn)動(dòng)控制分析


5.1.3外骨骼控制策略綜合分析


5.1.4基于電機(jī)電流環(huán)的交互力放大控制策略


5.1.5外骨骼總體控制流程方案設(shè)計(jì)


5.2人機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模


5.2.1外骨骼系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模


5.2.2電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模


5.2.3人機(jī)交互系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模


5.2.4PID控制器模型


5.2.5人機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型


5.3人機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真


5.3.1仿真模型


5.3.2仿真參數(shù)


5.3.3仿真結(jié)果及分析


5.4試驗(yàn)驗(yàn)證


5.4.1試驗(yàn)方案


5.4.2數(shù)據(jù)采集及處理分析


5.5小結(jié)


第6章助力型人體下肢外骨骼PID控制器參數(shù)優(yōu)化及仿真分析


6.1外骨骼PID控制器參數(shù)遺傳算法優(yōu)化


6.1.1遺傳自適應(yīng)PID控制器


6.1.2外骨骼遺傳自適應(yīng)PID控制器參數(shù)整定


6.1.3仿真分析


6.2外骨骼PID控制器參數(shù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化


6.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制器


6.2.2外骨骼BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制器參數(shù)整定


6.2.3仿真分析


6.3外骨骼PID控制器參數(shù)模糊控制算法優(yōu)化


6.3.1模糊自適應(yīng)PID控制器


6.3.2外骨骼模糊自適應(yīng)PID控制器參數(shù)整定


6.3.3仿真分析


6.4三種優(yōu)化控制器對(duì)比


6.5小結(jié)


第7章助力型人體下肢外骨骼樣機(jī)研制及試驗(yàn)


7.1試驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)


7.1.1試驗(yàn)樣機(jī)硬件


7.1.2控制采集測(cè)量系統(tǒng)


7.2外骨骼樣機(jī)性能試驗(yàn)


7.2.1試驗(yàn)方案


7.2.2平地行走試驗(yàn)結(jié)果與分析


7.2.3上臺(tái)階試驗(yàn)結(jié)果與分析


7.2.4外骨骼試驗(yàn)樣機(jī)性能分析


7.3小結(jié)


第8章總結(jié)與展望


8.1總結(jié)


8.2創(chuàng)新點(diǎn)


8.3展望


參考文獻(xiàn)