柔性外骨骼的智能感知及其嵌入式控制研究開題報(bào)告(編輯修改稿)
2025-02-15 00:07 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分析。三、研究（設(shè)計(jì)）的基本內(nèi)容和目標(biāo)為了讓老齡人或者殘疾人士能夠恢復(fù)部分基本的生活自理能力，研制一種柔性外骨骼。在外骨骼的輔助動(dòng)力作用下，通過穿戴式的智能感知系統(tǒng)，獲取行為意圖信息，從而產(chǎn)生輔助的行為動(dòng)作驅(qū)動(dòng)力，使得老齡人只需幾分之一的體力付出，就能夠完成正常的行為動(dòng)作。為此，如何構(gòu)建智能感知系統(tǒng)，并在信息獲取的基礎(chǔ)上，通過嵌入式控制，產(chǎn)生完全符合動(dòng)作需求的控制指令，就顯得十分重要。本論文面向下肢外骨骼系統(tǒng)的需求展開研究。四、擬采用的技術(shù)方案及措施柔性外骨骼的智能感知及其嵌入式控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器、控制器、傳感器和機(jī)械結(jié)構(gòu)四個(gè)大的部分。設(shè)計(jì)柔性外骨骼的智能感知及其嵌入式控制系統(tǒng)主要是對(duì)驅(qū)動(dòng)器、控制器、傳感器及其機(jī)械結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上將它們作為一個(gè)整體，選擇控制算法，考慮人在系統(tǒng)中的控制決策地位完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)目前常用的驅(qū)動(dòng)器有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)及新型驅(qū)動(dòng)器?？紤]到患者和老年人行進(jìn)速度較慢的生理特點(diǎn)，為了提高用戶體驗(yàn)，綜合考慮決定選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)外骨骼?？赏ㄟ^控制算法的優(yōu)化，改善電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡特性差，換向慢的缺點(diǎn)。在選擇電機(jī)時(shí)盡量選擇慣性小，質(zhì)量輕的大功率電機(jī)，并按照人體關(guān)節(jié)的特點(diǎn)及對(duì)外骨骼的要求選擇電機(jī)的參數(shù)和減速器的類型。 控制控制算法是外骨骼系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集和處理，基于采集到的數(shù)據(jù)做出數(shù)據(jù)融合，綜合分析，從而決定步態(tài)的規(guī)劃，控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的助力功能。整個(gè)控制系統(tǒng)采用分層控制的思想，共有兩層：1）、行走規(guī)劃層——數(shù)據(jù)融合，分析預(yù)測(cè)，生成控制指令。2）、關(guān)節(jié)控制層——采集數(shù)據(jù)，控制執(zhí)行電機(jī)。常用的外骨骼控制算法有基于動(dòng)力學(xué)模型的控制、 參考步態(tài)曲線控制、 生物電控制、 主從跟隨控制、力反饋控制。考慮到實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單和控制的穩(wěn)定性，選擇基于動(dòng)力學(xué)模型的控制和主從跟隨控制相結(jié)合的控制方法?；趧?dòng)力學(xué)模型的控制方法動(dòng)態(tài)性能較好，但是較為復(fù)雜。而主從跟隨控制穩(wěn)定性好，適用范圍廣，但是動(dòng)態(tài)性能稍顯不足。兩者相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以實(shí)現(xiàn)較好的控制效果。 控制器應(yīng)選擇高性能、低成本、低功耗、引腳數(shù)量充足、具有電量管理功能、通信能力及其運(yùn)算處理能力較強(qiáng)的控制器。在此部分還要設(shè)計(jì)界面友好和簡(jiǎn)單易操的人機(jī)交互，便于將人的智力應(yīng)用于控制決策層。傳感器柔性外骨骼人機(jī)智能系統(tǒng)傳的感器系統(tǒng)是用來檢測(cè)外骨骼的工作狀態(tài)、人的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。通過多傳感器信息融合技術(shù)，獲取人體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，作為外骨骼的輸入信號(hào)。它需要滿足以下條件。 1）、能夠采集人體關(guān)節(jié)及外骨骼的角度、角速度和角加速度的信息。 2）、能夠辨識(shí)人體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。 要滿
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