康復機器人關鍵技術 安全控制

目  錄

第1章  緒論   1

1.1  國內外下肢康復機器人研究現狀   1

1.1.1  國外下肢康復機器人研究現狀   1

1.1.2  國內下肢康復機器人研究現狀   4

1.2  不確定康復訓練機器人跟蹤控制的研究現狀   5

1.3  狀態受限康復訓練機器人跟蹤控制的研究現狀   6

1.4  康復機器人運動速度決策的研究現狀   7

1.5  康復機器人人機相互作用跟蹤控制的研究現狀   8

1.6  本書的主要成果   9

參考文獻   11

第2章  康復機器人數學模型   17

2.1  康復機器人結構   17

2.2  康復機器人人機系統偏移的運動學模型   18

2.3  康復機器人人機系統偏移的動力學模型   20

2.4  康復機器人具有電機驅動環節的動力學模型   22

2.5  本章小結   25

參考文獻   26

第3章  康復機器人執行器故障的安全跟蹤控制   27

3.1  非線性冗餘輸入系統描述   27

3.2  康復機器人冗餘輸入模型   28

3.3  康復機器人魯棒非脆弱安全控制   30

3.3.1  魯棒非脆弱控制器的設計   30

3.3.2  穩定性分析   31

3.3.3  模擬結果   33

3.4  康復機器人自適應魯棒輸入約束安全控制   36

3.4.1  自適應魯棒安全控制器的設計   36

3.4.2  輸入約束自適應魯棒安全控制器的設計   38

3.4.3  穩定性分析   39

3.4.4  模擬結果   42

3.5  康復機器人獨立於康復者質量的魯棒安全控制   48

3.5.1  獨立於康復者質量的特性分析   48

3.5.2  魯棒安全控制器的設計及穩定性分析   49

3.5.3  模擬結果   52

3.6  本章小結   55

參考文獻   55

第4章  康復機器人各軸運動速度直接約束的安全控制   57

4.1  康復機器人各軸跟蹤誤差系統描述   58

4.2  各軸速度直接約束安全控制   59

4.2.1  安全控制器的設計   59

4.2.2  模擬分析   62

4.3  各軸速度直接約束保性能安全控制   64

4.3.1  非脆弱保性能安全控制器的設計   64

4.3.2  模擬分析   70

4.4  各軸速度與加速度同時直接約束的安全控制   74

4.4.1  康復機器人不確定各軸跟蹤誤差系統描述   74

4.4.2  速度和加速度同時約束的控制器設計   77

4.4.3  模擬分析   80

4.5  本章小結   83

參考文獻   83

第5章  康復機器人具有安全速度性能的跟蹤控制   85

5.1  康復機器人安全速度性能補償跟蹤控制   86

5.1.1  安全速度性能的描述   86

5.1.2  Backstepping安全速度性能補償控制器的設計   86

5.1.3  穩定性分析   88

5.1.4  模擬結果   89

5.2  康復機器人安全速度性能迭代學習控制   93

5.2.1  人機不確定康復機器人系統描述   93

5.2.2  安全速度模型預測方法   93

5.2.3  安全速度性能自適應迭代學習控制器的設計   95

5.2.4  穩定性分析   96

5.2.5  模擬分析   98

5.3  本章小結   102

參考文獻   103

第6章  康復機器人軌跡跟蹤誤差約束的安全控制   105

6.1  最優軌跡跟蹤誤差安全預測控制   106

6.1.1  康復機器人預測模型的描述   106

6.1.2  安全預測控制   108

6.2  康復機器人安全運動軌跡跟蹤控制   109

6.2.1  安全運動軌跡的描述   109

6.2.2  跟蹤誤差約束的安全運動軌跡控制   112

6.2.3  模擬分析   116

6.3  本章小結   120

參考文獻   120

第7章  康復機器人軌跡和速度同時跟蹤的安全控制   123

7.1  康復機器人的安全預測控制   124

7.1.1  康復機器人的預測模型   124

7.1.2  任意初始位置安全預測控制器的設計   125

7.1.3  模擬分析   128

7.2  康復機器人非脆弱安全預測控制   132

7.2.1  非脆弱安全預測控制器的設計   132

7.2.2  穩定性分析   136

7.2.3  模擬分析   137

7.3  康復機器人速度和軌跡同時跟蹤的解耦安全控制   143

7.3.1  輸入輸出線性化解耦模型   143

7.3.2  安全控制器設計與穩定性分析   146

7.3.3  模擬分析   147

7.4  本章小結   148

參考文獻   149

第8章  康復機器人抑制人機作用力的安全控制   151

8.1  康復機器人人機作用力的安全預測控制   151

8.1.1  基於冗餘結構特徵的人機作用力觀測   151

8.1.2  最優軌跡跟蹤預測控制器的設計   154

8.1.3  模擬結果   156

8.2  康復機器人人機作用力識別的自適應控制   161

8.2.1  人機作用力的模糊識別   161

8.2.2  自適應跟蹤控制器的設計   163

8.2.3  模擬結果   165

8.3  康復機器人人機作用力辨識的隨機跟蹤控制   168

8.3.1  人機作用力辨識的隨機模型   168

8.3.2  隨機跟蹤控制器的設計   170

8.3.3  誤差系統穩定性分析   174

8.3.4  模擬結果   175

8.4  本章小結   180

參考文獻   181

第9章  康復機器人有限時間隨機安全跟蹤控制   183

9.1  隨機質量變化的康復機器人動力學模型   183

9.2  康復機器人的運動速度約束   185

9.3  有限時間隨機安全跟蹤控制   187

9.4  模擬結果   191

9.5  本章小結   197

參考文獻   198

第10章  康復機器人速度決策的限時學習安全控制   201

10.1  具有不確定偏移量的人機系統動力學模型   202

10.2  基於強化學習的運動速度決策方法   203

10.3  人機協調運動限時學習迭代控制方法   204

10.3.1  人機協調運動安全控制器的設計   204

10.3.2  跟蹤誤差系統穩定性分析   204

10.4  模擬分析   207

10.5  本章小結   212

參考文獻   212

結論和建議   215