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助力型人體下肢外骨骼模擬與試驗

  • 作者：李楊//徐誠//管小榮
  • 出版社：江蘇大學
  • ISBN：9787568410977
  • 出版日期：2019/04/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：180
人民幣：RMB 32 元      售價：元
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內容大鋼
    本書對助力型人體下肢外骨骼進行了機械系統設計、運動學和動力學模擬分析、結構助力能力分析、控制方案設計及驗證、控制器智能演算法優化及試驗樣機研製與試驗分析等工作。
    本書共分為8章，第1章介紹了人體外骨骼的研究背景與意義，分析了外骨骼樣機、控制策略、感知系統及建模模擬分析方法的國內外研究現狀。第2章設計了電機直驅型及液壓、電動推桿驅動型、平動膝關節外骨骼三種結構方案並進行了對比分析。第3章通過對人體運動捕捉獲得的運動步態數據進行處理，進行了外骨骼Adams多體動力學建模與模擬。第4章建立了人機協同行走Adams-Simulink聯合模擬模型、人體直接背負負載行走模擬模型及人體無負載獨立行走模擬模型。第5章提出了將人體看作外骨骼工作環境的基於電機電流環的交互力放大控制方案。第6章通過遺傳演算法、BP神經網路演算法、模糊演算法對所設計的基於電機電流環的交互力放大控制方案中所採用PID控制器的參數進行了優化，並模擬分析了不同優化演算法的控制效果。第7章研製了一套助力型人體下肢外骨骼試驗樣機系統平台，並進行了大量性能分析試驗。第8章總結全書並對未來進行展望。
作者介紹
李楊//徐誠//管小榮
目錄
第1章  緒論
  1.1  研究背景與意義00l
  1.2  國內外研究現狀
    1.2.1  外骨骼樣機國內外研究現狀
    1.2.2  外骨骼控制策略國內外研究現狀
    1.2.3  外骨骼感知系統國內外研究現狀
    1.2.4  外骨骼建模模擬分析方法國內外研究現狀
  1.3  主要研究內容
第2章  助力型人體下肢外骨骼機械系統分析及設計
  2.1  外骨骼機械系統基礎分析
    2.1.1  基準平面和基準軸
    2.1.2  結構尺寸分析
    2.1.3  關節自由度分析
    2.1.4  驅動自由度的選擇
    2.1.5  驅動系統分析
  2.2  外骨骼機械系統設計
    2.2.1  電機直驅型外骨骼結構方案
    2.2.2  液壓、電動推桿驅動型外骨骼結構方案
    2.2.3  平動膝關節外骨骼結構方案
    2.2.4  三種結構方案對比分析
  2.3  小結
第3章  助力型人體下肢外骨骼多體動力學建模與模擬分析
  3.1  運動步態分析
    3.1.1  三維運動捕捉系統的標記點重建
    3.1.2  三維運動捕捉系統
    3.1.3  運動步態模擬曲線
  3.2  外骨骼多體動力學Adams模擬
    3.2.1  模擬模型
    3.2.2  不同負載時屈伸關節參數對比
    3.2.3  驅動系統參數分析
    3.2.4  外骨骼關節彈性元件、阻尼元件添加方法分析
    3.2.5  模型的ZMP分析
  3.3  小結
第4章  下肢外骨骼人機協同建模與助力能力模擬分析
  4.1  旋轉膝關節外骨骼人機協同Adams-Simulink聯合建模與模擬
    4.1.1  人機耦合Adams-Simulink聯合模擬模型建立
    4.1.2  人機耦合模型聯合模擬計算
    4.1.3  外骨骼助力效果分析
  4.2  平動膝關節外骨骼助力能力模擬分析
    4.2.1  平動膝關節外骨骼人機耦合Adams-Simulink聯合模擬模型建立
    4.2.2  平動膝關節外骨骼助力效果分析
  4.3  模擬方法合理性驗證
    4.3.1  人體模型驗證
    4.3.2  人機耦合模型驗證
  4.4  小結
第5章  基於電機電流環的交互力放大控制方案設計及驗證
  5.1  基於電機電流環的交互力放大控制方案設計
    5.1.1  穩定性分析
    5.1.2  伺服電機三環運動控制分析
    5.1.3  外骨骼控制策略綜合分析

    5.1.4  基於電機電流環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計
  5.2  人機電一體化系統數學建模
    5.2.1  外骨骼系統數學建模
    5.2.2  電機系統數學建模
    5.2.3  人機交互系統數學建模
    5.2.4  PID控制器模型
    5.2.5  人機電一體化系統數學模型
  5.3  人機電一體化系統模擬
    5.3.1  模擬模型
    5.3.2  模擬參數
    5.3.3  模擬結果及分析
  5.4  試驗驗證
    5.4.1  試驗方案
    5.4.2  數據採集及處理分析
  5.5  小結
第6章  助力型人體下肢外骨骼PID控制器參數優化及模擬分析
  6.1  外骨骼PID控制器參數遺傳演算法優化
    6.1.1  遺傳自適應PID控制器
    6.1.2  外骨骼遺傳自適應PID控制器參數整定
    6.1.3  模擬分析
  6.2  外骨骼PID控制器參數BP神經網路演算法優化
    6.2.1  BP神經網路自適應PID控制器
    6.2.2  外骨骼BP神經網路自適應PID控制器參數整定
    6.2.3  模擬分析
  6.3  外骨骼PID控制器參數模糊控制演算法優化
    6.3.1  模糊自適應PID控制器
    6.3.2  外骨骼模糊自適應PID控制器參數整定
    6.3.3  模擬分析
  6.4  三種優化控制器對比
  6.5  小結
第7章  助力型人體下肢外骨骼樣機研製及試驗
  7.1  試驗樣機系統平台
    7.1.1  試驗樣機硬體
    7.1.2  控制採集測量系統
  7.2  外骨骼樣機性能試驗
    7.2.1  試驗方案
    7.2.2  平地行走試驗結果與分析
    7.2.3  上台階試驗結果與分析
    7.2.4  外骨骼試驗樣機性能分析
  7.3  小結
第8章  總結與展望
  8.1  總結
  8.2  創新點
  8.3  展望
參考文獻

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