柔性助力上肢外骨骼机器人控制策略研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:an123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
柔性外骨骼机器人在人工智能技术上以人机交互为核心,充分的考虑到外骨骼机器人在感知、决策、执行三个层面上的关系,最终实现人机共融。目前外骨骼机器人主要应用在医疗、搬运、护理、工业、国防等领域,具有非常重要的研究意义和需求,在众多应用领域上,外骨骼机器人发挥着重要的角色和应用场景,本次研究选择其中的一个应用发展方向进行深入的研究,在进行搬运过程中,可穿戴上肢外骨骼机器人可以为人体受力关节提供助力支持,减轻肌肉的负担,从而提升搬运效率。研究的主要内容涉及到运动关节的运动一致性、安全可靠性、运动同步性、有效的识别运动意图、进行关节运动控制等问题。柔性助力外骨骼机器人驱动器采用气动肌肉,其次是人体与外骨骼机器人的关节通过柔性材料来连接,确保了使用过程中的舒适度,增加腰部辅助机构,在弯腰搬运过程中保护髋关节,最后,肩关节采用鲍登线被动传动,提供搬运过程中的肩关节的辅助力。本文研究过程中,主要针对上肢外骨骼机器人的智能控制进行研究,论文主要研究内容从以下五部分开展:(1)进行现场穿戴搬运实验,根据搬运过程中人体手臂及髋关节的受力情况,研究搬运过程中人体上肢关节运动形式及自由度,考虑个体差异性、经济性和安全性,对外骨骼机器人进行优化,增加腰部助力和完善上肢助力,减少机器人本体重量和提高助力效率。(2)根据改进后的外骨骼机器人,创建动力学方程,提出PID及模糊PID控制策略,通过仿真得到肘关节在PID及模糊PID控制下跟随正弦信号的角度误差。(3)搭建肌电信号采集系统,对肌电信号进行特征提取,设计并搭建了基于肌电信号控制闭环控制系统,通过实验验证人体意图识别效果。(4)设计并搭建了气动肌肉驱动的闭环控制系统和硬件平台,通过压力传感器和肌电传感器采集人机交互信号,通过气压传感器进行反馈调节。(5)搭建外骨骼助力实验平台,完成腰部助力实验、上肢搬运保持实验、综合助力搬运实验,采集人体手臂肱二头肌和竖脊肌的肌电信号,得出助力效果。
其他文献
多级真空干泵具有清洁度高、集成度高等优点,可根据不同抽气性能需求进行不同转子的组合,被广泛应用于化工、薄膜制造及半导体相关产业等,市场需求日益增长。为了适应不同工程需要,国内外各真空泵厂家及专家学者都对多级真空干泵进行了很多抽气原理及优化升级的研究,国外一些真空干泵大厂对多级真空干泵的研究起步早,其产品在我国的多级真空干泵市场中占据着十分大的份额,我国急需提高自主研发能力,本课题从模拟分析及实验测
随着工业及运输业的飞速发展,桥式起重机已被应用到生活的各个方面。起重机运输过程中出现的吊重摆动现象既对运输效率产生了严重影响,也对现场人员的安全造成了威胁。如今现场普遍使用的机械式防摇方法效果并不理想,为更好的研究起重机系统的防摇问题,本文设计了一套防摇控制实验系统,并对防摇控制算法展开研究。根据运输过程中起重机的运行特点,本文首先抽象出防摇实验系统的模型,接着采用拉格朗日方程对其进行数学建模,建
顶燃式热风炉在吸取了内燃式热风炉内部流场不均匀及外燃式热风炉占地面积大的缺点的基础上,其结构稳定性提高,气流分布更加均匀,为实现高风温创造了条件,在炼铁行业取得了广泛的关注。蓄热室作为顶燃式热风炉的最重要的部分,吸热和放热两个过程都在蓄热室中进行,吸放热的换热性能直接受蓄热室结构影响。因此对热风炉蓄热室结构的研究显得尤为重要。本文以某2500m3高炉热风炉为研究对象建立简化模型,通过改变蓄热室结构
生产调度在制造系统中起着不可替代的作用,是整个生产管理系统的重要组成部分。正确的调度方案使得生产系统能够以更高的效率进行运转,使生产计划得以更有效的实施,生产资源的使用效率得到提升,生产线平衡率更高,降低在制品库存,进而减少资金占有率。而系统中,工件的加工时间等不确定因素会对生产调度的运行产生很大的影响。研究不确定条件下作业系统的生产调度问题对提高企业的实际生产效率,缩短企业产品生产周期,降低企业
人体下肢行为识别是下肢外骨骼机器人系统中重要的组成部分,为了使下肢外骨骼可以可靠、实时、有效的运行,需要对人体行为动作做出识别,提供外骨骼运动选择策略,增加外骨骼与穿戴者之间动作的协调性。本文基于多模态传感器信号对人体下肢多个动作步态进行识别分类,将人体上下楼梯和平地行走的步态分为摆动相和支撑相,针对这六个相位,设计了采集识别硬件系统,采集人体运动过程中的表面肌电(sEMG)信号和加速度信号进行分
随着全球化的不断深入和发展,产品生命周期的缩短,以及自然灾害、恐怖主义等频繁发生,这些都增加了供应链系统内部的脆弱性及复杂性。例如,2000年,一场大火使得飞利浦失去芯片的供应能力,采用单一供应商的制造商爱立信因完全得不到芯片的供应,损失了4亿欧元的销售额,蒙受巨大的损失,并且在2001年,爱立信因不堪重负,不得不退出手机市场。然而,采用多源供应策略的诺基亚公司及时制定应急供货方案避免了芯片供应的
纤维增强复合薄壁圆柱壳作为一种性能优良的复合材料,因其比强度高、比模量大、耐腐蚀性强等,常常被用于制造高科技设备中壳体等重要部件,例如航空航天飞机的鼓筒、机翼风扇机匣、导弹头部的整流罩和鱼雷等。这些复合薄壁圆柱壳构件一般长期工作在高温、高压、振动剧烈等恶劣环境中,而且大部分构件通过螺栓进行连接或固定。螺栓连接部位往往是结构系统的薄弱环节,其在机械结构安全运行中起非常关键的作用。如前苏联60年代研究
随着科学技术的发展,下肢外骨骼的研究越来越广泛,尤其是对下肢外骨骼偏瘫助行机器人的研究如火如荼的进行着。下肢偏瘫外骨骼机器人可以帮助患者实现行走,在医学领域中,很多医生愿意使用先进的科学技术,获得科学的、合理的康复数据,进行合理的分析与指导,帮助患者恢复行走能力。(1)首先,对国内外外骨骼的研究现状和技术难点进行研究与分析,包括结构设计、控制方式和传感器设计等,根据国内外康复外骨骼的优缺点确立了本
随着信息技术的发展和工业智能化水平的提高,面对复杂系统的智能数据驱动故障诊断技术逐渐成为了研究的热点。本文以旋转机械关键零部件(轴承和转子)为研究对象,针对在大数据背景下,故障诊断方法存在的特征提取依赖于人工、输入数据量大而导致的网络复杂以及目标任务样本数量少造成的网络训练不足等关键问题,基于振动信号的一维特点和卷积神经网络的优点,提出了分别融合多传感器、压缩感知及迁移学习的一维卷积神经网络故障诊
在矿石和硬质材料的加工过程中,世界12%左右的电量用于物料粉碎,其中约15%左右用于破碎,85%以上用于研磨,破碎机效率为10%,磨机效率仅为1%;与磨机相比,破碎机能耗低,金属消耗量小,运转维护简单,所以应尽可能实现“多碎少磨”;2012年首钢矿业破碎系统振网筛尺寸由14*60mm改为12*45mm,球磨机台时提高的同时破碎系统供矿能力减小,提升破碎系统供矿能力迫在眉睫;近年来国际铁矿石价格遭遇