異構雙腿行走機器人步態(tài)重構與步態(tài)跟蹤技術研究.pdf

1、異構雙腿行走機器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)是一種將雙腿機器人和智能假肢結合起來研究的新型機器人模式。它模擬膝上截肢患者安裝智能假肢的情形，可以完成大量重復性多樣性的智能假肢性能測試實驗，為智能假肢研究提供了一個理想的科學實驗平臺。本文在論述了雙腿行走機器人和智能假肢的研究現(xiàn)狀、研究意義的基礎上，對BRHL的機構模型做了簡要的介紹，對仿生腿和人工腿的基本結構進行了詳細說明，然后介

2、紹了常用的仿真平臺ADAMS和MATLAB/simmechanics，以及在其中建立的仿真機構模型。本文主要對膝關節(jié)角度預測、BRHL的步態(tài)對稱性優(yōu)化、關節(jié)軌跡跟蹤三個方面的內(nèi)容做了深入的研究。
　　在智能假肢的使用過程中，需要解決的一個關鍵問題是如何根據(jù)健康側肢體的運動信息來重構出假肢膝關節(jié)處的關節(jié)角度軌跡。通過慣性傳感器采集正常人在步行時左右側小腿的步行角速度值，然后用PCA理論分析左右兩側的耦合關系并把這種耦合關系用來對膝關

3、節(jié)角度進行預測。然后采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡對PCA預測出膝關節(jié)角度進行進一步優(yōu)化。結果證明了提出方案的正確性和有效性。膝關節(jié)角度預測對于智能假肢步態(tài)擬人性和節(jié)能性具有重要的意義。
　　BRHL因左右側腿部膝關節(jié)結構的不同會對步態(tài)對稱性造成影響，文章先對正常人的步態(tài)對稱性進行了分析，得出評價BRHL步態(tài)對稱性的量化指標。針對步長對稱性差的問題，提出了遺傳算法結合多項式變換的優(yōu)化方案。在ADAMS仿真環(huán)境中，通過一元線性方程對右側膝關節(jié)角

4、度進行變換，然后遺傳算法根據(jù)左右側步長誤差對一元線性方程的參數(shù)進行優(yōu)化，經(jīng)多次迭代，BRHL的步長對稱性指標在正常人范圍內(nèi)。該方案經(jīng)改進后可用于智能假肢與健康側肢體的對稱性優(yōu)化中。
　　本文對現(xiàn)有實驗平臺的誤差進來源行分析的基礎上，在simmechanics平臺中建立了仿真模型，加入了誤差信號，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制算法，對關節(jié)角度軌跡跟蹤進行了仿真，取得了良好的控制效果。該方案可以用來減小實驗平臺因機構磨損、齒輪間隙等原因帶