下肢康复机器人步态规划的宜人性研究

发布时间：2017-05-30 14:12

  本文关键词：下肢康复机器人步态规划的宜人性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：下肢康复机器人是一种辅助下肢功能性运动障碍的患者进行康复训练的智能医疗设备。针对下肢外骨骼康复机器人进行了研究。主要研究内容包括:(1)根据本课题组所研究的下肢外骨骼机器人的功能需求,及下肢康复训练患者的特点,提出宜人性步态规划方法。分别针对具体患者的离线的步态规划和适应患者训练时实际步态的在线适应性调整部分。前者是为康复医师提供患者一个比较准确、客观的步态范围(步长、步态周期)来指导患者在最舒适、自然的状态下进行正常行走。后者是医师可依据参考数据为患者在康复训练过程中进行适当调整。采用此种方法便可得到适于存在单个差异的患者的步态规划,使患者得到更好的康复训练效果。(2)离线规划是在训练前为患者的根据自身身体参数和训练方案规划适合特定患者的步态轨迹的过程。采用径向基神经网络对所获得的样本数据进行训练,以实验对象的6中身体参数为训练的输入(年龄、身高、体重、性别、大腿长、小腿长),输出即为需要的步长和步态周期。(3)在线规划是当患者根据规划的步态进行训练时,实际步态产生偏差的情况下,对步态进行适应性即时规划,使新步态,即能适应患者的实际步态,又符合正常人的步态特征,避免训练中发生对患者的损伤,有防止患者采用病态步态,影响训练效果。在线规划部分采用一种自适应CPG生成下肢外骨骼的实时步态轨迹的方法。通过根据步长和步态周期求解关节角度轨迹,并将其拟合为有限阶傅里叶级数。进而建立康复机器人傅里叶系数与步长、步态周期之间的模糊关系。之后,建立CPG网络并使之与傅里叶系数相关联,形成步态实时在线规划。(4)基于本课题组开发的下肢外骨骼康复训练机器人模型,将Solidworks建立的下肢外骨骼虚拟机与matlab/simulink进行联合仿真,可以实现离线预测与在线规划,验证了方法的可行性。
【关键词】：康复机器人 下肢外骨骼 步态规划 神经网络 中枢模式发生器
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题的研究背景及意义8-10
• 1.2 下肢外骨骼机器人及其步态规划的研究现状10-16
• 1.2.1 下肢外骨骼机器人研究现状10-15
• 1.2.2 步态规划研究现状15-16
• 1.3 课题的来源及研究目的16-17
• 1.3.1 课题的来源16
• 1.3.2 研究目的及前景16-17
• 1.4 课题的研究内容与创新点17-19
• 1.4.1 课题主要研究内容17-18
• 1.4.2 创新点18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 下肢康复机器人的步态规划方法20-32
• 2.1 人体步态及其运动学特征参数20-23
• 2.2 下肢康复机器人步态方法比较23-28
• 2.2.1 基于参考轨迹的步态规划23-26
• 2.2.2 基于自然动力学的步态规划26-27
• 2.2.3 两类步态规划方法的优势和不足27-28
• 2.3 下肢康复机器人宜人性步态规划方案设计28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 基于RBF神经网络的步态特征参数的预测32-44
• 3.1 人工神经网络预测现状32-33
• 3.2 径向基神经网络的选取33-35
• 3.3 RBF神经网络学习算法35-37
• 3.3.1 正交最小二乘算法35-36
• 3.3.2 梯度下降法36-37
• 3.4 径向基神经网络的特点37-38
• 3.5 径向基神经网络设计与步长、步态周期预测仿真38-41
• 3.5.1 径向基神经网络的结构设计38
• 3.5.2 径向基神经网络的参数设计38
• 3.5.3 实验数据准备38-39
• 3.5.4 径向基神经网络的预测结果39-41
• 3.5.5 径向基神经网络的仿真结果41
• 3.6 可行性验证41-42
• 3.7 本章小结42-44
• 第四章 下肢康复机器人的在线步态规划44-62
• 4.1 步态轨迹的描述方法44-49
• 4.1.1 步态参数44-47
• 4.1.2 傅里叶级数的阶次选取47-48
• 4.1.3 傅里叶函数的确定与傅里叶系数的求取48-49
• 4.2 模糊逻辑推理49-54
• 4.2.1 T-S模糊系统49-50
• 4.2.2 基于析因实验的数据设计50-51
• 4.2.3 基于T-S模糊系统的预测傅里叶级数的实现51-54
• 4.3 基于CPG的在线步态规划优化54-60
• 4.3.1 中央模式发生器概述54-55
• 4.3.2 基于CPG的康复机器人的步态规划主要思路55-57
• 4.3.3 非线性振荡器的选择与设置57-58
• 4.3.4 中枢模式发生器神经网络的设计58
• 4.3.5 系统稳定性与可行性分析58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 下肢康复机器人宜人性步态规划仿真试验62-72
• 5.1 建立matlab/simulink三维模型62-63
• 5.2 下肢康复机器人宜人性步态规划系统仿真63-66
• 5.3 仿真结果与分析66-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 参考文献74-80
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果80-82
• 致谢82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙敏;范守文;;基于能耗指标的拟人机器人步态优化与分析[J];机械设计与研究;2007年02期

2 李飞;谢华龙;徐心和;;异构双腿机器人步态规划与控制实现[J];东北大学学报(自然科学版);2007年08期

3 崔宝洲;宗光华;孙明磊;张融;刘锦华;;一种独立轮腿式机器人的步态规划研究[J];机械与电子;2009年02期

4 王企远;钱晋武;冯治国;沈林勇;章亚男;;下肢步态矫形器的生理学步态规划与试验[J];中国机械工程;2009年08期

5 张君;李声晋;卢刚;闫伟亮;;液压作动的四足机器人步态规划及运动分析[J];机械设计;2009年04期

6 曹恒;凌正阳;王瑜;龙勇波;朱钧;;一种仿真数字人步态规划优化算法[J];振动、测试与诊断;2009年04期

7 王瑜;曹恒;凌正阳;朱钧;龙勇波;;基于人机系统运动仿真的数字人步态规划方法[J];华东理工大学学报(自然科学版);2010年03期

8 张文宇;张磊;;基于静态平衡的四足机器人斜面步态规划[J];微计算机信息;2012年01期

9 任昭霖;章亚男;沈林勇;钟翠华;;基于髋关节高度恒定的静态步态规划[J];机械设计与制造;2012年10期

10 汤中华;刘莉;陈恳;;类人机器人耦合步态规划与实验研究[J];机械设计与制造;2013年01期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 傅莉;谢华龙;徐心和;;异构双腿行走机器人步态规划与仿真[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年

2 朱美强;王军;李明;王珂;傅瑞卿;;基于自然动力法的类人机器人步态规划研究[A];第十八届全国煤矿自动化学术年会中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2008年

3 梁志伟;朱松豪;金欣;;基于加强学习的类人机器人步行参数设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王立鹏;液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D];北京理工大学;2014年

2 王企远;步行康复训练机器人助行腿的步态规划与运动控制[D];上海大学;2011年

3 盛沙;小型四足平台的机构设计与行走控制研究[D];北京理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 宋明辉;基于虚拟样机技术的四足机器人步态规划与研究[D];北京理工大学;2015年

2 周晓晨;下肢康复机器人步态规划的宜人性研究[D];河北工业大学;2015年

3 马骋;拟人机器人的稳定性分析和步态规划[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 毛明艳;教学用六足机器甲虫步态研究[D];华中科技大学;2011年

5 郭慧敏;异构双腿行走机器人动力学建模与步态规划研究[D];东北大学;2013年

6 王学玲;双足步行机构建模与步态规划研究[D];山东大学;2012年

7 仝龙飞;多面体移动机器人步态规划与控制系统设计[D];北京交通大学;2015年

8 崔广斌;机器人足球仿真比赛中的步态规划研究[D];大连理工大学;2009年

9 房德磊;四足/两足并联腿步行椅结构参数优选及步态规划研究[D];燕山大学;2014年

10 尹晓琳;六足仿生机器人步态规划及其控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

  本文关键词：下肢康复机器人步态规划的宜人性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：407307