機(jī)器人與人身體交流的同步控制策略.pdf

1、本文針對(duì)協(xié)助走和康復(fù)訓(xùn)練等這類機(jī)器人與人進(jìn)行身體交流時(shí)如何實(shí)現(xiàn)各自運(yùn)動(dòng)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(jī)器人和人握手作為研究對(duì)象,通過理論分析、數(shù)值仿真(在MATLAB中實(shí)現(xiàn))和實(shí)機(jī)實(shí)驗(yàn)(控制軟件部分由 C語言編程實(shí)現(xiàn))等方式對(duì)這種控制方法的運(yùn)行機(jī)理、特性以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了較深入的探討和研究,驗(yàn)證了其對(duì)機(jī)器人和人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)同步的有效性。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴概述了機(jī)器人和人身體相互作用時(shí)實(shí)現(xiàn)自然諧調(diào)

2、、保持各自運(yùn)動(dòng)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(jī)器人實(shí)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(jī)器人和人身體交流的研究發(fā)展概況,并同時(shí)分析了當(dāng)前用于機(jī)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(duì)機(jī)器人與人的身體交流進(jìn)行了分析研究,并對(duì)它的安全性、可靠性以及相互運(yùn)動(dòng)諧調(diào)性的保障策略進(jìn)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(duì)產(chǎn)生動(dòng)物節(jié)律運(yùn)動(dòng)的中樞模式發(fā)生器(central pattern generator,CPG)控制模式和其控制機(jī)理進(jìn)行了分析,隨后對(duì)基于CPG建立的已有神經(jīng)元振蕩器模型進(jìn)行了特性分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn),進(jìn)而設(shè)計(jì)了新的用于機(jī)器人和人握手的神經(jīng)元振蕩器,再則對(duì)新設(shè)計(jì)的神經(jīng)元振蕩器的輸入輸出同步特性進(jìn)行了參數(shù)影響分析,為機(jī)器人和人握手運(yùn)動(dòng)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(jī)器人和人握手的三自由度仿真機(jī)械模型,并對(duì)其動(dòng)力學(xué)微分方程進(jìn)行分析,推導(dǎo)出了由于握手所引起的各關(guān)節(jié)扭矩計(jì)算公式,為機(jī)器人和人握手動(dòng)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(duì)機(jī)器人和人握手進(jìn)行動(dòng)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(duì)仿真結(jié)果中各關(guān)節(jié)扭矩成分進(jìn)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(xiàng)對(duì)握手結(jié)果的影響情況,為以后握手實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行作好了準(zhǔn)備。<

5、br>　　 ⑹基于最小二乘法原理對(duì)握手實(shí)驗(yàn)用的7自由度機(jī)器人手臂各連桿進(jìn)行了參數(shù)識(shí)別研究,并利用NN-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法對(duì)它們進(jìn)行了重力補(bǔ)償,以便在實(shí)驗(yàn)中有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
　　 ⑺利用所提出的同步控制方法,并基于7自由度機(jī)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(duì)機(jī)器人和人握手進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了在各種條件下的握手實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 ⑻對(duì)神經(jīng)元振蕩器所進(jìn)行的運(yùn)行機(jī)理探討和特性