迭代学习控制算法的在外骨骼控制中的应用研究开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

为了提高人类自身的生活质量以及从繁重的劳动力上解放出来,人类一直想设计像人一样的机器人能代替人类去做一些工作,在这样的背景下,助力外骨骼应运而生。肢助力外骨骼是融合机器人学,机械学,仿生学,人体运动学,传感技术等多学科新起的研究领域,其在辅助人类行走的生理需求上有很大的潜能,随着工程领域的不断发展,助力外骨骼在辅助助力以及康复训练上取得了很大进展,包括:帮助老龄人上下楼梯行走,医疗康复以及行军作战等方面。

浙江大学机械电子控制工程研究所主要研究方向为电液控制,机电系统集成及智能化,特别在机械电子工程上有一定的国际影响力。2015年,杨灿军教授等团队通过创新仿生机械结构设计,实现外骨骼机器人关节与人体关节的结构耦合匹配,建立人机接触交互阻抗控制系统,探究外骨骼协同控制理论方法,成功研制出智能穿戴式康复训练外骨骼机器人,气动和液压助力外骨骼机器人系统以及智能穿戴式传感器系统。针对下肢助力外骨骼,其提出了设计三自由度膝关节外骨骼,改善了下肢外骨骼和人体复杂膝关节结构良好耦合匹配,并且研究开发了运动自适应下肢康复训练外骨骼机器人系统。

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2. 研究的基本内容与方案

本项目旨在设计一套助力踝关节机器人,以降低穿戴者行走时消耗的能量。系统采用双层控制器控制,高层控制器通过群智能优化算法在线优化助力踝关节机器人的力矩控制参数,底层控制器通过运用迭代学习控制算法对踝关节机器人进行力矩跟随控制。

研究目标包括:

(1)设计一种尺寸紧凑,重量轻,易携带的助力踝关节外骨骼;

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3. 研究计划与安排

3月1日-3月10日:完成踝关节数学模型的搭建,分析正常行走过程中足底应力分布情况

3月11日-3月25日:完成助力换关节外骨骼的机械设计;

3月26日-4月2日:完成肌电信号的采集和滤波,并将其与新陈代谢率建立联系;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 黄毅, 佟晓光. 中国人口老龄化现状分析[j]. 中国老年学杂志, 2012 (2012 年 21): 4853-4855.

[2] 薛静. 第二次全国残疾人抽样调查最新数据公报[j]. 中国听力语言康复科学杂志, 2007 (1): 38-38.

[3] d. aoyagi, w.e. ichinose, s. j. harkema, d. j. reinkensmeyer, and j. e. bobrow. a robot andcontrol algorithm that can synchronously assist in naturalistic motion duringbody-weight-supported gait training following neurologic injury. trans. neuralsyst. rehabil. eng., 15(3):387–400, 2007.

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