仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論

定　價：￥108.00

作　者：	任彬，陳嘉宇
出版社：	上海科學技術出版社
叢編項：	智能機電技術叢書
標　簽：	暫缺

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ISBN：	9787547865545	出版時間：	2024-04-01	包裝：	平裝-膠訂
開本：	16開	頁數(shù)：		字數(shù)：

內容簡介

　　《仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論》一書，重點討論仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論?？纱┐魍夤趋赖脑O計應該符合人體工程學，人體與外骨骼耦合為一個整體，人是系統(tǒng)的核心，處于控制回路當中。因此，人機協(xié)同控制算法需要將人的因素考慮在內。全書內容分為12章，主要包括基于遺傳算法的人機耦合步態(tài)軌跡優(yōu)化、基于光電傳感的足底壓力傳感系統(tǒng)、多運動模式步態(tài)相位識別、仿生外骨骼關節(jié)角度協(xié)同運動。在外骨骼仿生設計的基礎上，本書討論了軌跡跟蹤自適應控制算法、模糊自適應控制算法、不確定逼近的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制算法等。

作者簡介

　　任彬，工學博士，上海大學副教授、博士生導師。兼任上海大學人工智能與醫(yī)工交叉研究中心副主任、上海市人工智能學會副秘書長，香港學者協(xié)會會員。2013年入選香江學者，2016年入選上海市青年東方學者。主要研究領域為人機協(xié)同、腦機交互、可穿戴設備以及智能制造系統(tǒng)、人工智能算法。作為項目負責人，主持國家自然科學基金-面上項目、國家自然科學基金-青年基金等6項；作為主要研究人員，參加并完成香港政府資助項目、國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家863計劃、國家科技重大專項、國家科技支撐計劃等多項。代表性成果包括：在Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering、Journal of Computing and Information Science in Engineering等國內外學術期刊發(fā)表SCI/EI論文30余篇，獲授權發(fā)明專利7項，出版專著2部（《機械動力學》《可穿戴下肢外骨骼人機協(xié)同設計與實驗研究》）。陳嘉宇，美國哥倫比亞大學工學博士，清華大學長聘副教授、博士生導師。曾于香港城市大學任助理教授及副教授。2019年入選國家海外高層次人才引進計劃（青年項目）。主要研究領域為人因智能建造系統(tǒng)、建造業(yè)人機協(xié)作及自動化城市建筑數(shù)字模型構造。主持國家自然科學基金、香港優(yōu)配研究金、香港建筑業(yè)議會項目、香港環(huán)境保育基金等多項科研項目；并作為主要研究人員參與美國國家自然科學基金、美國能源署等項目。曾任香港屋宇署、香港民政事務署、香港發(fā)展局等技術委員會成員?，F(xiàn)兼任 Journal of Intelligent Construction 副主編、Engineering等國際期刊編委。已發(fā)表國際期刊（SCI刊源）論文110余篇。

圖書目錄

第1章
緒論1
1.1 仿生外骨骼研究的目的和意義 1
1.2 仿生外骨骼國內外研究現(xiàn)狀 2
1.3 仿生外骨骼關鍵技術與問題分析 12
第2章基于遺傳算法的人機耦合仿真模型18
2.1 人體下肢生理結構分析 18
2.1.1 人體解剖學18
2.1.2 下肢各關節(jié)自由度分析 20
2.1.3 關節(jié)驅動的自由度選擇 21
2.2 人機耦合的仿生外骨骼構型設計 22
2.2.1 人體下肢運動鏈22
2.2.2 仿生外骨骼鏈24
2.2.3 人機耦合模型25
2.3 遺傳算法的步態(tài)軌跡優(yōu)化 26
2.3.1 耦合系統(tǒng)步態(tài)軌跡27
2.3.2 適應度評估方程29
2.3.3 仿真實驗及結果分析 31
2.4 本章小結 37
第3章」基于光電感應的足底壓力傳感系統(tǒng)38
3.1 仿生外骨骼的足底壓力傳感系統(tǒng)設計 38
3.2 光電式壓力傳感單元 39
3.2.1 光電-壓力傳感原理 39
3.2.2 模塊化傳感單元設計與制造 40
3.2.3足底壓力傳感鞋墊方案 43
3.2.4 足底壓力中心步態(tài)參數(shù) 45
3.3 足底壓力數(shù)據(jù)采集實驗 46
3.3.1傳感器特性分析46
3.3.2 雙足壓力信號采集48
3.4 本章小結 51
第4章基于神經(jīng)網(wǎng)絡的步態(tài)相位識別52
4.1 仿生外骨骼的步態(tài)相位識別 52
4.2步態(tài)數(shù)據(jù)采集設備 53
4.3 步態(tài)相位劃分方法 56
4.4 步態(tài)相位識別 59
4.4.1 多層感知機神經(jīng)網(wǎng)絡算法 59
4.4.2 人體步態(tài)數(shù)據(jù)集60
4.4.3 多運動模式步態(tài)相位識別 62
4.5 本章小結 67
第5章基于長短時記憶網(wǎng)絡的運動協(xié)同方法68
5.1 仿生外骨骼的運動協(xié)同 68
5.2 關節(jié)傳感系統(tǒng)設計 69
5.3 動力外骨骼硬件系統(tǒng) 70
5.4 關節(jié)角度協(xié)同運動實驗 72
5.5 長短時記憶網(wǎng)絡的預測分析 76
5.5.1 長短時記憶網(wǎng)絡76
5.5.2 運動協(xié)同預測結果78
5.6 本章小結 83
第6章仿生外骨骼本體構型設計85
6.1 仿生外骨骼結構設計與仿真分析 85
6.1.1 結構設計85
6.1.2 仿真分析89
6.2 踝關節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設計 92
6.3 動力外骨骼樣機 98
6.3.1 關節(jié)執(zhí)行器方案98
6.3.2 動力外骨骼機構99
6.3.3 樣機實物 102
6.4 本章小結103
第7章仿生外骨骼運動學與動力學分析 104
7.1 人體步態(tài)分析104
7.2 仿生外骨骼運動學分析107
7.3 仿生外骨骼動力學分析111
7.4 本章小結113
第8章基于軌跡跟蹤的仿生外骨骼自適應控制 114
8.1 基于軌跡跟蹤的自適應控制算法綜述 114
8.2單腿四自由度動力學模型115
8.3 魯棒自適應控制器設計116
8.3.1 擾動信號上確界未知的控制器設計116
8.3.2 軌跡跟蹤自適應控制方法實現(xiàn) 118
8.3.3 動態(tài)方程線性化 119
8.4 控制仿真實驗及分析120
8.5 本章小結124
第9章基于MIMO的仿生外骨骼模糊自適應控制126
9.1 基于MIMO的模糊自適應控制綜述 126
9.2 摩擦、外加干擾和負載變化情況的模糊補償控制127
9.3數(shù)值模擬與比較130
9.4 基于MIMO的仿生外骨骼仿真分析 132
9.5 本章小結136
第10章基于Backstepping的仿生外骨骼模糊自適應控制137
10.1 基于 Backstepping的模糊自適應控制綜述137
10.2 基于Backstepping的自適應模糊控制系統(tǒng)搭建138
10.2.1 系統(tǒng)描述 138
10.2.2 Backstepping控制器的設計及穩(wěn)定性分析139
10.3 基于 Backstepping的仿生外骨骼仿真分析144
10.4 實驗驗證 147
10.4.1 可穿戴關節(jié)角度測量裝置148
10.4.2 平地實驗 148
10.4.3 上樓梯實驗 152
10.5 本章小結 157
第11章基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的仿生外骨骼自適應控制 159
11.1 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制綜述 159
11.2 仿生外骨骼的動力學模型 160
11.3 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡描述 161
11.4 仿生外骨骼的 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制 162
11.4.1 系統(tǒng)描述 162
11.4.2 模型不確定部分的 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡逼近 163
11.4.3 控制器的設計與分析 164
11.5 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的仿生外骨骼仿真分析 167
11.6 實驗驗證 170
11.6.1 平地實驗描述 170
11.6.2 數(shù)據(jù)采集與分析 171
11.7 本章小結 174
第12章仿生外骨骼控制系統(tǒng)設計175
12.1 控制系統(tǒng)175
12.1.1 硬件控制系統(tǒng)175
12.1.2 軟件控制系統(tǒng)176
12.2仿生外骨骼輕量化設計與要求180
12.2.1 設計原則與要求180
12.2.2仿生外骨骼輕量化設計181
12.3 仿生外骨骼控制策略184
12.4 本章小結186
縮略詞及中英文對照188
參考文獻190
后記205