機器人與人身體交流的同步控制策略.pdf

1、本文針對協(xié)助走和康復(fù)訓(xùn)練等這類機器人與人進行身體交流時如何實現(xiàn)各自運動的諧調(diào)同步問題,提出了基于神經(jīng)元振蕩器的同步控制方法,并以機器人和人握手作為研究對象,通過理論分析、數(shù)值仿真(在MATLAB中實現(xiàn))和實機實驗(控制軟件部分由 C語言編程實現(xiàn))等方式對這種控制方法的運行機理、特性以及實際應(yīng)用進行了較深入的探討和研究,驗證了其對機器人和人實現(xiàn)運動同步的有效性。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴概述了機器人和人身體相互作用時實現(xiàn)自然諧調(diào)

2、、保持各自運動同步的重要性和必要性；論證了用基于神經(jīng)元振蕩器的同步控制方法來研究人和機器人實現(xiàn)身體自然相互作用的可行性和意義；介紹了國內(nèi)外機器人和人身體交流的研究發(fā)展概況,并同時分析了當(dāng)前用于機器人和人自然交流控制的基于力的控制策略和基于神經(jīng)元振蕩器的控制策略的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；提出了本課題的研究目的和主要研究內(nèi)容。
　　 ⑵對機器人與人的身體交流進行了分析研究,并對它的安全性、可靠性以及相互運動諧調(diào)性的保障策略進行了研究。

3、>　　 ⑶提出了基于神經(jīng)元振蕩器的同步控制方法,并對產(chǎn)生動物節(jié)律運動的中樞模式發(fā)生器(central pattern generator,CPG)控制模式和其控制機理進行了分析,隨后對基于CPG建立的已有神經(jīng)元振蕩器模型進行了特性分析和結(jié)構(gòu)改進,進而設(shè)計了新的用于機器人和人握手的神經(jīng)元振蕩器,再則對新設(shè)計的神經(jīng)元振蕩器的輸入輸出同步特性進行了參數(shù)影響分析,為機器人和人握手運動的同步和參數(shù)可調(diào)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ⑷建立了二維

4、空間里機器人和人握手的三自由度仿真機械模型,并對其動力學(xué)微分方程進行分析,推導(dǎo)出了由于握手所引起的各關(guān)節(jié)扭矩計算公式,為機器人和人握手動力學(xué)仿真提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ⑸利用所提出的同步控制方法,通過MATLAB對機器人和人握手進行動力學(xué)仿真,得到了在各種條件下的握手仿真分析結(jié)果。另外,對仿真結(jié)果中各關(guān)節(jié)扭矩成分進行快速傅立葉變換(FFT),得到了慣性扭矩和哥氏離心力矩等項對握手結(jié)果的影響情況,為以后握手實驗的進行作好了準(zhǔn)備。<

5、br>　　 ⑹基于最小二乘法原理對握手實驗用的7自由度機器人手臂各連桿進行了參數(shù)識別研究,并利用NN-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法對它們進行了重力補償,以便在實驗中有效地進行實時控制。
　　 ⑺利用所提出的同步控制方法,并基于7自由度機器人臂和用于采集人臂各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的CCD圖像處理技術(shù)(日本日立制作所生產(chǎn)),對機器人和人握手進行了實驗研究,得到了在各種條件下的握手實驗結(jié)果。
　　 ⑻對神經(jīng)元振蕩器所進行的運行機理探討和特性