智能假肢的控制機理及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、機械設(shè)計與制造技術(shù)、新材料技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程和康復(fù)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)假肢的發(fā)展重新煥發(fā)了活力。依據(jù)信息理論和智能控制理論，本人所在的課題組提出了人體和假肢結(jié)合的新型下肢假肢控制方案。控制方案由兩個重要部分組成，一是假肢中的控制系統(tǒng)的研究，主要實現(xiàn)假肢的運動控制，將機器人設(shè)計技術(shù)(關(guān)節(jié)與靈巧機構(gòu))與控制技術(shù)(協(xié)調(diào)控制、姿態(tài)步態(tài)規(guī)劃和伺服控制)移植到下肢假肢的研制上。二是控制機理的研究

2、，主要實現(xiàn)生物信息到物理控制信息的轉(zhuǎn)換，為假肢的控制提供依據(jù)。 本論文根據(jù)現(xiàn)代假肢的特點以及現(xiàn)代人工智能技術(shù)，以主動式膝上假肢為研究對象，分別采用了常規(guī)PID控制和迭代學(xué)習(xí)控制進行了研究。并且搭建了硬件平臺，為進一步研究打下基礎(chǔ)。 本文首先采用常規(guī)PID控制，其中參數(shù)尋優(yōu)采用的是單純形法尋優(yōu)。在選用基本試驗信號時，根據(jù)對系統(tǒng)的考查目的和人體下肢的運動特點，選用了單位斜坡信號和單位正弦信號。在控制對象模型固定時，通過仿真表

3、明PID控制可以達到滿意的效果。若控制對象模型改變或根本未知、部分未知，則PID控制就遇到了困難。但在選用較高級的控制方法之前，PID控制不失為首要考慮。 根據(jù)固定步速下膝關(guān)節(jié)彎曲角度呈周期性變化的特點，本文提出將工業(yè)中進行重復(fù)任務(wù)的工業(yè)機器人控制應(yīng)用于康復(fù)工程中智能假肢控制。本文提出一種采用變增益迭代學(xué)習(xí)率的學(xué)習(xí)控制，來實現(xiàn)對固定步速下呈周期性變化的正常步行姿態(tài)的逼近，并對其收斂性進行了論證。通過仿真實驗，表明具有變增益學(xué)習(xí)率