下肢外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)與應(yīng)用 楊勇 黃德青 馬磊
定 價(jià)：99 元
- 作者：楊勇黃德青馬磊
- 出版時(shí)間：2025/5/1
- ISBN：9787111775348
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP242
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開(kāi)本：16開(kāi)
外骨骼機(jī)器人是結(jié)合人工智能與機(jī)器力量的可穿戴機(jī)器人，通過(guò)將其“穿戴”于人體完成康復(fù)訓(xùn)練、負(fù)重行軍、災(zāi)害救援等復(fù)雜繁重的任務(wù)。本書(shū)重點(diǎn)介紹了下肢外骨骼機(jī)器人的控制理論與應(yīng)用技術(shù)，全書(shū)共8章。第1章介紹了下肢外骨骼機(jī)器人的概念、發(fā)展和主要控制方法；第2章介紹了下肢外骨骼機(jī)器人的建模；第3章介紹了外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制方法；第4章介紹了外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)阻抗控制方法；第5章介紹了液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)器人的控制技術(shù)；第6章介紹了受非線性約束的外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)；第7章介紹了具有柔性關(guān)節(jié)的下肢外骨骼控制技術(shù)；第8章介紹了外骨骼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的兩個(gè)案例。本書(shū)可作為自動(dòng)化類、機(jī)器人類、控制類等專業(yè)本科和研究生參考書(shū)籍，也可作為機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)人員的參考書(shū)籍。
【顛覆性科技，改寫人類行走法則！】??你是否曾目睹行動(dòng)受限者眼中熄滅的光？是否渴望用科技之火重新點(diǎn)燃千萬(wàn)人的行走夢(mèng)想？《下肢外骨骼機(jī)器人控制技與應(yīng)用》——這不是一本普通的技術(shù)書(shū)，而是一場(chǎng)??“鋼鐵與血肉共生”??的科技革命宣言！本書(shū)是一部深度聚焦外骨骼機(jī)器人核心控制技術(shù)及其跨領(lǐng)域應(yīng)用的權(quán)威著作。本書(shū)以“人機(jī)協(xié)同”為主線，系統(tǒng)解析了從生物力學(xué)建模、智能控制算法到多場(chǎng)景落地的全鏈條技術(shù)體系，既展現(xiàn)了仿生驅(qū)動(dòng)、自適應(yīng)阻抗控制等前沿理論，又通過(guò)醫(yī)療康復(fù)、軍事增強(qiáng)、工業(yè)助力等典型案例，驗(yàn)證了技術(shù)落地的可行性與創(chuàng)新性。
自19世紀(jì)末Nicholas Yagn發(fā)明了一種用于增強(qiáng)跑步和跳躍能力的下肢弓形穿戴裝置以來(lái)，經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，人們對(duì)外骨骼技術(shù)的研究不斷深入，現(xiàn)已成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。下肢外骨骼機(jī)器人作為一種可穿戴的輔助設(shè)備，將人工智能和機(jī)器力量巧妙結(jié)合，完成單靠人類或機(jī)器人無(wú)法完成的復(fù)雜繁重任務(wù)，在康復(fù)醫(yī)療、軍事應(yīng)用、災(zāi)害救援等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。外骨骼技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科的交叉耦合，涵蓋了人體仿生學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料組成、電子信息、智能控制以及機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，下肢外骨骼機(jī)械腿與穿戴者肢體具有直接物理接觸，是具有實(shí)時(shí)不確定交互特性的“人在環(huán)”緊耦合系統(tǒng)。下肢外骨骼機(jī)器人的性能在很大程度上取決于其控制技術(shù)的先進(jìn)性與創(chuàng)新性。本書(shū)將從控制理論的基本原理出發(fā)，重點(diǎn)介紹下肢外骨骼機(jī)器人控制理論與應(yīng)用技術(shù)。目前，已有大量外骨骼機(jī)器人相關(guān)控制理論與應(yīng)用技術(shù)的論文發(fā)表。本書(shū)將近年來(lái)在外骨骼研究過(guò)程中的理論成果進(jìn)行了凝練和總結(jié)，全書(shū)共8章，第1、2章由黃德青、馬磊撰寫，第3～8章由西華大學(xué)楊勇撰寫。第1章介紹了下肢外骨骼機(jī)器人的概念、發(fā)展和主要控制方法；第2章介紹了下肢外骨骼機(jī)器人的建模；第3章介紹了外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制方法；第4章介紹了外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)阻抗控制方法；第5章介紹了液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)器人的控制技術(shù)；第6章介紹了受非線性約束的外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)；第7章介紹了具有柔性關(guān)節(jié)的下肢外骨骼控制技術(shù)；第8章介紹了外骨骼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的兩個(gè)案例。本書(shū)是在總結(jié)作者多年科研成果及指導(dǎo)研究生工作的基礎(chǔ)上撰寫而成的學(xué)術(shù)專著，在編寫過(guò)程中西華大學(xué)研究生劉顯達(dá)、陳泓君、周靖煒、金成武、李昀澄、王鑫垚、喻高峰、胡家康、王道珩等為本書(shū)的文字與圖表校對(duì)做了大量工作，在此表示感謝。本書(shū)的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：62003278）、四川省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2023NSFSC1431），以及四川省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)（西華大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)）的資助。由于作者水平有限，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者給予批評(píng)指正。作者2024年1月
楊勇，工學(xué)博士，西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院副教授，碩士研究生導(dǎo)師，自動(dòng)化系主任。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、四川省自然科學(xué)基金、軍工及企事業(yè)委托項(xiàng)目等十余項(xiàng)。發(fā)表SCI、EI論文30余篇。主要從事可穿戴機(jī)器人與外骨骼系統(tǒng)、高功率密度電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、非線性控制，自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制等理論研究與技術(shù)應(yīng)用。擅長(zhǎng)高性能嵌入式系統(tǒng)研制，熟悉各類CPU（ARM, STM32, PowerPC）、DSP（TI，ADI）、FPGA（Xilinx，Altera）等系統(tǒng)研發(fā)。
前言第1章緒論11.1下肢外骨骼機(jī)器人概要11.1.1下肢外骨骼概念11.1.2下肢外骨骼應(yīng)用21.2下肢外骨骼機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀31.2.1國(guó)內(nèi)下肢外骨骼的發(fā)展31.2.2國(guó)外下肢外骨骼的發(fā)展71.3下肢外骨骼機(jī)器人的控制方法121.3.1經(jīng)典PID控制131.3.2靈敏度放大控制131.3.3自適應(yīng)控制141.3.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制151.3.5模糊控制151.3.6魯棒控制161.4本章總結(jié)17參考文獻(xiàn)17第2章下肢外骨骼機(jī)器人建模222.1下肢外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模222.2下肢外骨骼機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模252.2.1引言252.2.2單支撐狀態(tài)模型252.2.3雙支撐狀態(tài)模型322.3本章總結(jié)33參考文獻(xiàn)33第3章外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制353.1迭代學(xué)習(xí)控制353.2外骨骼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代學(xué)習(xí)位置約束控制363.2.1引言363.2.2輸出位置約束383.2.3控制算法設(shè)計(jì)393.2.4穩(wěn)定性分析403.2.5仿真研究453.2.6小結(jié)483.3基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的外骨骼迭代學(xué)習(xí)控制483.3.1引言483.3.2擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器503.3.3控制算法設(shè)計(jì)513.3.4穩(wěn)定性分析523.3.5仿真研究553.3.6小結(jié)583.4不依賴模型的外骨骼自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制583.4.1引言583.4.2控制算法設(shè)計(jì)603.4.3穩(wěn)定性分析633.4.4仿真研究673.4.5小結(jié)723.5外骨骼增強(qiáng)神經(jīng)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制723.5.1引言723.5.2控制算法設(shè)計(jì)733.5.3穩(wěn)定性分析763.5.4仿真研究813.5.5小結(jié)843.6本章總結(jié)85參考文獻(xiàn)86第4章外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)阻抗控制914.1阻抗控制原理914.2基于名義模型的外骨骼阻抗控制924.2.1引言924.2.2阻抗控制器設(shè)計(jì)924.2.3穩(wěn)定性分析954.2.4仿真研究974.2.5小結(jié)1014.3外骨骼神經(jīng)學(xué)習(xí)阻抗控制1014.3.1引言1014.3.2神經(jīng)學(xué)習(xí)阻抗控制1024.3.3穩(wěn)定性分析1074.3.4仿真研究1104.3.5小結(jié)112目錄●●●●●●●●●●下肢外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)與應(yīng)用4.4基于運(yùn)動(dòng)意圖估計(jì)的外骨骼阻抗控制1134.4.1引言1134.4.2運(yùn)動(dòng)意圖估計(jì)1144.4.3控制器設(shè)計(jì)1184.4.4仿真研究1224.4.5小結(jié)1294.5本章總結(jié)129參考文獻(xiàn)130第5章液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)1335.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1335.1.1引言1335.1.2液壓驅(qū)動(dòng)器原理1345.1.3外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1355.1.4液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型1365.2液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼采樣控制1375.2.1引言1375.2.2外骨骼離散時(shí)間模型1385.2.3控制器設(shè)計(jì)1395.2.4穩(wěn)定性分析1415.2.5仿真研究1435.2.6小結(jié)1465.3液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼自適應(yīng)反步控制1475.3.1引言1475.3.2控制器設(shè)計(jì)1475.3.3穩(wěn)定性分析1495.3.4仿真研究1515.3.5小結(jié)1525.4基于干擾觀測(cè)器的外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)滑�？刂�1535.4.1引言1535.4.2控制器設(shè)計(jì)1545.4.3穩(wěn)定性分析1615.4.4仿真研究1625.4.5小結(jié)1655.5外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出反饋重復(fù)學(xué)習(xí)控制1665.5.1引言1665.5.2擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1675.5.3輸出反饋控制器設(shè)計(jì)1695.5.4穩(wěn)定性分析1715.5.5仿真研究1765.5.6小結(jié)1775.6本章總結(jié)179參考文獻(xiàn)179第6章受非線性約束的外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)1846.1液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼系統(tǒng)的約束問(wèn)題1846.2受輸出約束的液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼自適應(yīng)控制1856.2.1引言1856.2.2控制器設(shè)計(jì)1866.2.3穩(wěn)定性分析1896.2.4仿真研究1926.2.5小結(jié)1936.3外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)輸出約束容錯(cuò)控制1936.3.1引言1936.3.2外骨骼執(zhí)行器故障模型1946.3.3容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)1956.3.4穩(wěn)定性分析1996.3.5仿真研究2016.3.6小結(jié)2056.4受死區(qū)約束的外骨骼液壓驅(qū)動(dòng)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制2066.4.1引言2066.4.2執(zhí)行器死區(qū)模型2066.4.3狀態(tài)反饋方法2086.4.4輸出反饋方法2136.4.5仿真研究2176.4.6小結(jié)2206.5本章總結(jié)220參考文獻(xiàn)220第7章柔性關(guān)節(jié)下肢外骨骼控制技術(shù)2247.1柔性關(guān)節(jié)外骨骼2247.2柔性關(guān)節(jié)外骨骼模型與控制方法2267.2.1自適應(yīng)方法2267.2.2奇異攝動(dòng)法2277.2.3輸入整形法2277.2.4智能控制法2287.3基于奇異攝動(dòng)的柔性關(guān)節(jié)下肢外骨骼自適應(yīng)控制2287.3.1引言2287.3.2奇異攝動(dòng)2287.3.3控制器設(shè)計(jì)2297.3.4仿真研究2327.3.5小結(jié)2357.4柔性關(guān)節(jié)外骨骼模糊反演控制2357.4.1引言2357.4.2模糊控制器設(shè)計(jì)2367.4.3穩(wěn)定性分析2477.4.4仿真研究2497.4.5小結(jié)2537.5基于觀測(cè)器的外骨骼自適應(yīng)控制2537.5.1引言2537.5.2基于觀測(cè)器的控制設(shè)計(jì)2537.5.3穩(wěn)定性分析2567.5.4仿真研究2577.5.5小結(jié)2597.6本章總結(jié)259參考文獻(xiàn)260第8章外骨骼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用2628.1引言2628.2基于完整動(dòng)力學(xué)的外骨骼自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用2638.2.1液壓驅(qū)動(dòng)外骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2638.2.2外骨骼傳感器配置2648.2.3含液壓動(dòng)態(tài)的完整動(dòng)力學(xué)模型2658.2.4控制器設(shè)計(jì)2688.2.5實(shí)驗(yàn)研究2738.2.6小結(jié)2788.3外骨骼系統(tǒng)混合控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用2788.3.1混合控制外骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2788.3.2外骨骼傳感器配置2808.3.3混合控制策略與控制器設(shè)計(jì)2828.3.4實(shí)驗(yàn)研究2878.3.5小結(jié)2918.4本章總結(jié)291參考文獻(xiàn)291
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