仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同與自適應(yīng)控制理論

定　價(jià)：￥108.00

作　者：	任彬，陳嘉宇
出版社：	上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
叢編項(xiàng)：	智能機(jī)電技術(shù)叢書(shū)
標(biāo)　簽：	暫缺

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ISBN：	9787547865545	出版時(shí)間：	2024-04-01	包裝：	平裝-膠訂
開(kāi)本：	16開(kāi)	頁(yè)數(shù)：		字?jǐn)?shù)：

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　《仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同與自適應(yīng)控制理論》一書(shū)，重點(diǎn)討論仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同與自適應(yīng)控制理論?？纱┐魍夤趋赖脑O(shè)計(jì)應(yīng)該符合人體工程學(xué)，人體與外骨骼耦合為一個(gè)整體，人是系統(tǒng)的核心，處于控制回路當(dāng)中。因此，人機(jī)協(xié)同控制算法需要將人的因素考慮在內(nèi)。全書(shū)內(nèi)容分為12章，主要包括基于遺傳算法的人機(jī)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(yùn)動(dòng)模式步態(tài)相位識(shí)別、仿生外骨骼關(guān)節(jié)角度協(xié)同運(yùn)動(dòng)。在外骨骼仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本書(shū)討論了軌跡跟蹤自適應(yīng)控制算法、模糊自適應(yīng)控制算法、不確定逼近的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法等。

作者簡(jiǎn)介

　　任彬，工學(xué)博士，上海大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師。兼任上海大學(xué)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(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，香港學(xué)者協(xié)會(huì)會(huì)員。2013年入選香江學(xué)者，2016年入選上海市青年?yáng)|方學(xué)者。主要研究領(lǐng)域?yàn)槿藱C(jī)協(xié)同、腦機(jī)交互、可穿戴設(shè)備以及智能制造系統(tǒng)、人工智能算法。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，主持國(guó)家自然科學(xué)基金-面上項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金-青年基金等6項(xiàng)；作為主要研究人員，參加并完成香港政府資助項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃等多項(xiàng)。代表性成果包括：在Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering、Journal of Computing and Information Science in Engineering等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI/EI論文30余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，出版專著2部（《機(jī)械動(dòng)力學(xué)》《可穿戴下肢外骨骼人機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》）。陳嘉宇，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)工學(xué)博士，清華大學(xué)長(zhǎng)聘副教授、博士生導(dǎo)師。曾于香港城市大學(xué)任助理教授及副教授。2019年入選國(guó)家海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃（青年項(xiàng)目）。主要研究領(lǐng)域?yàn)槿艘蛑悄芙ㄔ煜到y(tǒng)、建造業(yè)人機(jī)協(xié)作及自動(dòng)化城市建筑數(shù)字模型構(gòu)造。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、香港優(yōu)配研究金、香港建筑業(yè)議會(huì)項(xiàng)目、香港環(huán)境保育基金等多項(xiàng)科研項(xiàng)目；并作為主要研究人員參與美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、美國(guó)能源署等項(xiàng)目。曾任香港屋宇署、香港民政事務(wù)署、香港發(fā)展局等技術(shù)委員會(huì)成員?，F(xiàn)兼任 Journal of Intelligent Construction 副主編、Engineering等國(guó)際期刊編委。已發(fā)表國(guó)際期刊（SCI刊源）論文110余篇。

圖書(shū)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 仿生外骨骼關(guān)鍵技術(shù)與問(wèn)題分析 12
第2章基于遺傳算法的人機(jī)耦合仿真模型18
2.1 人體下肢生理結(jié)構(gòu)分析 18
2.1.1 人體解剖學(xué)18
2.1.2 下肢各關(guān)節(jié)自由度分析 20
2.1.3 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的自由度選擇 21
2.2 人機(jī)耦合的仿生外骨骼構(gòu)型設(shè)計(jì) 22
2.2.1 人體下肢運(yùn)動(dòng)鏈22
2.2.2 仿生外骨骼鏈24
2.2.3 人機(jī)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(yīng)度評(píng)估方程29
2.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 31
2.4 本章小結(jié) 37
第3章」基于光電感應(yīng)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn) 46
3.3.1傳感器特性分析46
3.3.2 雙足壓力信號(hào)采集48
3.4 本章小結(jié) 51
第4章基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的步態(tài)相位識(shí)別52
4.1 仿生外骨骼的步態(tài)相位識(shí)別 52
4.2步態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備 53
4.3 步態(tài)相位劃分方法 56
4.4 步態(tài)相位識(shí)別 59
4.4.1 多層感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 59
4.4.2 人體步態(tài)數(shù)據(jù)集60
4.4.3 多運(yùn)動(dòng)模式步態(tài)相位識(shí)別 62
4.5 本章小結(jié) 67
第5章基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)協(xié)同方法68
5.1 仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同 68
5.2 關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 69
5.3 動(dòng)力外骨骼硬件系統(tǒng) 70
5.4 關(guān)節(jié)角度協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 72
5.5 長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)分析 76
5.5.1 長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)76
5.5.2 運(yùn)動(dòng)協(xié)同預(yù)測(cè)結(jié)果78
5.6 本章小結(jié) 83
第6章仿生外骨骼本體構(gòu)型設(shè)計(jì)85
6.1 仿生外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 85
6.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)85
6.1.2 仿真分析89
6.2 踝關(guān)節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 92
6.3 動(dòng)力外骨骼樣機(jī) 98
6.3.1 關(guān)節(jié)執(zhí)行器方案98
6.3.2 動(dòng)力外骨骼機(jī)構(gòu)99
6.3.3 樣機(jī)實(shí)物 102
6.4 本章小結(jié)103
第7章仿生外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析 104
7.1 人體步態(tài)分析104
7.2 仿生外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)分析107
7.3 仿生外骨骼動(dòng)力學(xué)分析111
7.4 本章小結(jié)113
第8章基于軌跡跟蹤的仿生外骨骼自適應(yīng)控制 114
8.1 基于軌跡跟蹤的自適應(yīng)控制算法綜述 114
8.2單腿四自由度動(dòng)力學(xué)模型115
8.3 魯棒自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)116
8.3.1 擾動(dòng)信號(hào)上確界未知的控制器設(shè)計(jì)116
8.3.2 軌跡跟蹤自適應(yīng)控制方法實(shí)現(xiàn) 118
8.3.3 動(dòng)態(tài)方程線性化 119
8.4 控制仿真實(shí)驗(yàn)及分析120
8.5 本章小結(jié)124
第9章基于MIMO的仿生外骨骼模糊自適應(yīng)控制126
9.1 基于MIMO的模糊自適應(yīng)控制綜述 126
9.2 摩擦、外加干擾和負(fù)載變化情況的模糊補(bǔ)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(jié)136
第10章基于Backstepping的仿生外骨骼模糊自適應(yīng)控制137
10.1 基于 Backstepping的模糊自適應(yīng)控制綜述137
10.2 基于Backstepping的自適應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 147
10.4.1 可穿戴關(guān)節(jié)角度測(cè)量裝置148
10.4.2 平地實(shí)驗(yàn) 148
10.4.3 上樓梯實(shí)驗(yàn) 152
10.5 本章小結(jié) 157
第11章基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿生外骨骼自適應(yīng)控制 159
11.1 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制綜述 159
11.2 仿生外骨骼的動(dòng)力學(xué)模型 160
11.3 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描述 161
11.4 仿生外骨骼的 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)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(luò)逼近 163
11.4.3 控制器的設(shè)計(jì)與分析 164
11.5 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿生外骨骼仿真分析 167
11.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 170
11.6.1 平地實(shí)驗(yàn)描述 170
11.6.2 數(shù)據(jù)采集與分析 171
11.7 本章小結(jié) 174
第12章仿生外骨骼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與要求180
12.2.1 設(shè)計(jì)原則與要求180
12.2.2仿生外骨骼輕量化設(shè)計(jì)181
12.3 仿生外骨骼控制策略184
12.4 本章小結(jié)186
縮略詞及中英文對(duì)照188
參考文獻(xiàn)190
后記205