本文關(guān)鍵詞：手部外骨骼系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：手部外骨骼系統(tǒng)為腦卒中患者的手部康復(fù)治療提供了一種新方法,為了實(shí)現(xiàn)手部外骨骼靈巧的自由度布局和適應(yīng)人手動作任務(wù)復(fù)雜多變的運(yùn)動要求,開展手部外骨骼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動控制、人機(jī)接觸接觸力控制及應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要的意義。作為人體最為靈巧的部位,手部在有限空間內(nèi)分布了多達(dá)22個自由度,手部外骨骼的仿生設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)全部自由度,通過對人手運(yùn)動的解剖學(xué)機(jī)理研究,采用3指10自由度人手抓握方案,設(shè)計(jì)手部外骨骼仿生結(jié)構(gòu)。根據(jù)相應(yīng)的D-H連桿模型和傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)學(xué),獲得手部外骨骼的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)正解,并進(jìn)一步求導(dǎo)得到雅克比矩陣,借助建立手部外骨骼系統(tǒng)驅(qū)動空間、關(guān)節(jié)空間以及指尖笛卡爾空間的運(yùn)動學(xué)和力學(xué)變換關(guān)系,從而得到手部外骨骼的整理動力學(xué)模型。針對人機(jī)接觸作用力在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出顯著的非線性和時變性的特點(diǎn),建立人機(jī)接觸力學(xué)阻抗模型,采用遺忘因子遞推最小二乘法對模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識,通過不同姿態(tài)下的試驗(yàn)獲得人機(jī)接觸模型的參數(shù)攝動信息,為手部外骨骼的控制提供有效的控制對象模型。借鑒機(jī)器人阻抗控制方法,獲得基于位置控制的手部外骨骼阻抗控制模型,以此作為基礎(chǔ)開展接觸力控制研究。本文針對此類非線性、時變對象,就魯棒控制方法和自適應(yīng)控制方法進(jìn)行了研究分析,分別從解決不確定性系統(tǒng)問題的思路出發(fā),提出了基于阻抗控制的魯棒控制方法；從自適應(yīng)控制的思路出發(fā),提出了模型預(yù)測參考自適應(yīng)控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了這兩種方法的有效性,也揭示了兩者的特點(diǎn),魯棒控制器具備更好的調(diào)整能力、快速性,而模型預(yù)測參考自適應(yīng)控制器則更加符合人機(jī)接觸阻抗特性,接觸過程更加柔和。為了讓中風(fēng)患者的肢體肌肉得到牽引訓(xùn)練的同時,大腦也得到可塑性訓(xùn)練,本文將運(yùn)動想象的腦電信號處理技術(shù)與手部外骨骼控制技術(shù)相結(jié)合,對基于運(yùn)動想象的腦電信號意圖處理分離,采用快速獨(dú)立分量分析的方法,將提取出的運(yùn)動意圖特征信號作為手部運(yùn)動規(guī)劃層,以手部外骨骼人機(jī)接觸控制系統(tǒng)作為控制層,進(jìn)行具體動作的解算、控制,并通過CAN總線傳遞至執(zhí)行層,驅(qū)動外骨骼進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該應(yīng)用方法的可行性和有效性,為完善偏癱后手部康復(fù)治療提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本論文提出了一種手部外骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和切實(shí)有效的控制方法,同時也嘗試應(yīng)用了腦機(jī)接口融合技術(shù),為手部外骨骼系統(tǒng)的應(yīng)用研究提供了技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：手部外骨骼 人機(jī)接觸 力學(xué)阻抗模型 接觸力控制 阻抗控制 模型預(yù)測 模型參考自適應(yīng)控制 腦機(jī)接口
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R496;TP273
【目錄】：

• 致謝13-14
• 摘要14-16
• Abstract16-18
• 第1章 前言18-32
• 1.1 研究背景及意義18-19
• 1.2 手部外骨骼研究進(jìn)展19-28
• 1.2.1 手部外骨骼系統(tǒng)及其控制方法研究進(jìn)展19-24
• 1.2.2 手部外骨骼人機(jī)接觸建模研究進(jìn)展24-27
• 1.2.3 基于腦機(jī)接口技術(shù)的外骨骼系統(tǒng)研究進(jìn)展27-28
• 1.3 手部外骨骼系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及研究難點(diǎn)28-29
• 1.4 論文研究內(nèi)容29-31
• 1.5 本章小結(jié)31-32
• 第2章 手部外骨骼系統(tǒng)仿生機(jī)理研究32-46
• 2.1 引言32
• 2.2 手部關(guān)節(jié)運(yùn)動機(jī)理研究32-35
• 2.3 手部關(guān)節(jié)D-H連桿模型35-37
• 2.4 手部外骨骼仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-39
• 2.5 手部外骨骼動力學(xué)建模39-43
• 2.5.1 手部外骨骼運(yùn)動學(xué)39-41
• 2.5.2 手部外骨骼運(yùn)動空間41-42
• 2.5.3 手部外骨骼動力學(xué)模型42-43
• 2.6 小結(jié)43-46
• 第3章 手部外骨骼入機(jī)接觸控制技術(shù)研究46-62
• 3.1 引言46
• 3.2 人機(jī)接觸力學(xué)阻抗模型46-48
• 3.3 模型參數(shù)辨識48-50
• 3.4 手部外骨骼人機(jī)接觸力學(xué)阻抗模型研究50-53
• 3.5 手部外骨骼人機(jī)接觸運(yùn)動控制53-55
• 3.6 手部外骨骼人機(jī)接觸力控制55-59
• 3.7 阻抗控制實(shí)驗(yàn)59-61
• 3.8 小結(jié)61-62
• 第4章 基于阻抗控制的手部外骨骼μ綜合魯棒控制62-82
• 4.1 引言62
• 4.2 手指人機(jī)接觸阻抗攝動分析討論62-69
• 4.3 基于阻抗控制的μ綜合魯棒控制器69-75
• 4.3.1 廣義控制對象69-71
• 4.3.2 魯棒控制器設(shè)計(jì)71-72
• 4.3.3 魯棒性分析72-75
• 4.4 驗(yàn)證對比實(shí)驗(yàn)75-80
• 4.5 小結(jié)80-82
• 第5章 基于阻抗控制的手部外骨骼模型預(yù)測參考自適應(yīng)控制82-102
• 5.1 引言82-83
• 5.2 模型預(yù)測83-86
• 5.3 模型預(yù)測參考自適應(yīng)控制器86-88
• 5.4 頻率特性分析88-89
• 5.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)89-94
• 5.5.1 性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)90-92
• 5.5.2 對比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)92-94
• 5.6 接觸力控制方法對比實(shí)驗(yàn)94-100
• 5.7 小結(jié)100-102
• 第6章 基于運(yùn)動想象腦電信號的手部外骨骼控制102-122
• 6.1 引言102-103
• 6.2 手部動作想象腦電信號概述103-106
• 6.2.1 偽跡信號103-104
• 6.2.2 腦電信號基本規(guī)律104-105
• 6.2.3 腦電信號采集方式105-106
• 6.3 基于獨(dú)立分量分析(ICA)的腦電信號處理106-115
• 6.3.1 獨(dú)立分量分析(ICA)基本原理106-110
• 6.3.2 快速獨(dú)立分量分析(Fast ICA)110-113
• 6.3.3 基于視覺誘導(dǎo)的抓握動作想象腦電信號分析實(shí)驗(yàn)113-115
• 6.4 基于運(yùn)動想象腦電信號FastICA處理的手部外骨骼控制115-121
• 6.5 小結(jié)121-122
• 第7章 總結(jié)122-126
• 7.1 總結(jié)122-124
• 7.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)124
• 7.3 展望124-126
• 參考文獻(xiàn)126-135
• 作者簡歷135-137

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 邢科新;手功能康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李衛(wèi)娜;手指運(yùn)動相關(guān)腦磁圖信號的處理方法研究[D];重慶大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：手部外骨骼系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：356996