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本书可进一步丰富和完善了外骨骼服务机器人理论，推动我国基于生物特征为基础的"以人为中心"的智能信息处理和控制技术.

内容简介

《康复增力型下肢外骨骼机器人智能控制》以穿戴式下肢外骨骼机器人为研究对象，以康复训练辅助和增力辅助为主要应用目标，对下肢外骨骼机器人研究中的运动学/动力学建模、运动意图识别、康复运动步态规划、外骨骼运动控制方法、康复训练辅助策略和增力辅助策略等进行了系统的研究与介绍，设计了相应智能控制算法并进行了验证。

精彩书评

本书可进一步丰富和完善了外骨骼服务机器人理论，推动我国基于生物特征为基础的"以人为中心"的智能信息处理和控制技术.

目录

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展动态分析 2
1.2.1 康复增力型下肢外骨骼系统研究现状及发展动态分析 3
1.2.2 康复增力型下肢外骨骼系统控制方法研究现状及发展动态分析 7
1.3 本书总体结构安排 12
第2章 健康与残障人士下肢运动机理分析 14
2.1 健康人体下肢运动机理分析 14
2.1.1 人体的基本轴与基本面 14
2.1.2 人体下肢关节与活动自由度 15
2.1.3 人体下肢行走特征 16
2.2 残障人士下肢运动机理分析 17
2.2.1 躯干异常 18
2.2.2 下肢关节运动异常 19
2.2.3 功能性腿长差异 22
2.3 本章小结 22
第3章 康复增力型下肢外骨骼系统机械本体结构设计、建模与系统构建 23
3.1 基于三维设计软件的多功能外骨骼虚拟样机设计 23
3.2 运动学与动力学建模分析 26
3.2.1 运动学建模 26
3.2.2 动力学建模 30
3.3 康复增力型下肢外骨骼机械结构设计与实现 31
3.3.1 样机本体结构 31
3.3.2 自由度配置 32
3.3.3 部件选型 33
3.4 基于dSPACE平台的下肢外骨骼硬件系统搭建 35
3.5 本章小结 37
第4章 基于肌电信号的人体下肢运动意图识别 38
4.1 概述 38
4.2 人体表面肌电信号采集系统搭建与信号获取 39
4.3 肌电信号消噪方法研究及下肢动作起始点的判断 42
4.3.1 基于EMD和小波相结合的去噪方法研究 42
4.3.2 动作起始点判断 52
4.4 多时域联合小波包部分子空间模糊熵的特征提取方法 53
4.4.1 模糊熵的定义以及与近似熵、样本熵的比较 53
4.4.2 小波包变换子空间模糊熵特征提取流程 56
4.5 下肢运动意图识别方法 58
4.5.1 基于神经网络与支持向量机的下肢关节运动意图识别 58
4.5.2 基于知识库与特征匹配的运动意图识别器设计 74
4.6 本章小结 88
第5章 不同康复运动模式下的辅助步态规划研究 90
5.1 下肢外骨骼系统混杂特性分析 90
5.2 基于ZMP理论的稳定步态规划 91
5.2.1 ZMP定义 91
5.2.2 ZMP的计算 92
5.2.3 参数化轨迹规划 93
5.2.4 三次样条插值 97
5.2.5 遗传算法参数优化 99
5.2.6 规划结果 102
5.3 针对特殊动作的步态规划 107
5.3.1 起立—坐下—起立 107
5.3.2 针对残疾下肢的慢速步态 109
5.3.3 上下坡或楼梯步态 110
5.4 基于振荡器学习的学习型步态规划策略 111
5.4.1 步态动作的捕捉 111
5.4.2 iDE AHopf振荡器步态规划方法 115
5.4.3 RBF-DMP振荡器步态规划方法 124
5.5 学习足部三维运动轨迹的自适应性步态规划策略 130
5.5.1 学习足部三维运动轨迹的自适应性步态规划策略框架 131
5.5.2 步态规划层 132
5.5.3 步态控制层 135
5.5.4 步态仿真结果 139
5.6 本章小结 146
第6章 康复增力型下肢外骨骼运动控制方法研究 147
6.1 概述 147
6.2 基于分数阶终端滑模的无模型自适应抗扰控制器 149
6.2.1 控制器设计 149
6.2.2 稳定性分析 151
6.2.3 数值仿真 152
6.3 基于RBF神经网络逼近补偿的无模型自适应抗扰控制器 156
6.3.1 TDE-MFNNC设计 157
6.3.2 稳定性分析 158
6.3.3 基于Solidworks-MATLAB/Simulink的联合仿真研究 160
6.4 基于快速非奇异终端滑模与时延估计无模型自适应抗扰控制器 172
6.4.1 控制器设计 172
6.4.2 稳定性分析 173
6.4.3 基于ADAMS-MATLAB/Simulink的联合仿真研究 175
6.5 本章小结 183
第7章 下肢外骨骼康复运动辅助策略研究 185
7.1 概述 185
7.2 基于轨迹跟踪控制的被动康复训练策略 185
7.2.1 人体-外骨骼交互动力学 185
7.2.2 基于极局部建模的iPD控制器 186
7.2.3 基于Sigmoid函数的跟踪微分器 187
7.2.4 线性离散扩张状态观测器 188
7.2.5 基于线性离散扩张状态观测器的iPD控制器及稳定性分析 188
7.2.6 数值仿真与康复训练实验 192
7.3 基于区域划分的多模式按需辅助策略 200
7.3.1 人体-外骨骼动力学建模与分析 200
7.3.2 康复训练任务与策略设计 201
7.3.3 被动康复阶段 203
7.3.4 主动康复阶段 204
7.3.5 仿真结果与分析 208
7.4 本章小结 213
第8章 下肢外骨骼增力辅助策略研究 214
8.1 概述 214
8.2 人体-外骨骼交互模型 214
8.3 摆动相控制策略 216
8.4 支撑相控制策略 217
8.5 联合仿真实验研究 218
8.5.1 基于MATLAB/Simulink的仿真实验研究 218
8.5.2 基于ADAMS-MATLAB/Simulink的联合仿真实验研究 219
8.6 本章小结 227
第9章 基于dSPACE硬件在环（HIL）的康复增力型下肢外骨骼系统智能控制 229
9.1 康复训练模式下的实验测控研究 229
9.2 增力辅助模式下的实验测控研究 250
9.3 本章小结 254
参考文献 255
后记 261

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精彩书摘

第1章　绪论
　　本章首先介绍穿戴式下肢外骨骼机器人在医疗康复和增力辅助中的应用价值与研究意义，总结目前康复增力型下肢外骨骼机器人的主要类型和特点；其次，将针对下肢外骨骼机器人的控制方法展开介绍，总结目前的研究现状和方向；最后，在以上分析与介绍的基础上，引出本书的具体内容。
　　1.1　研究背景及意义
　　目前，我国老龄化进程逐步加快：据统计，65岁及以上老年人口从1990年的6299万人增加到2000年的8811万人；预计到2040年，65岁及以上老年人口占总人口的比例将超过20%。80岁及以上高龄老人正以每年5%的速度增加，到2040年将增至7400多万人。2020年第七次全国人口普查结果显示，与第六次全国人口普查数据（2010年）相比，我国60岁以上人口比重上升5.44个百分点，人口老龄化进一步加剧，2021～2050年将是中国快速老龄化阶段，未来将面临长期的养老和医疗压力。老龄化过程中的生理衰退导致四肢能力逐渐下降，给老年人日常生活带来诸多不便，使社会养老保险系统面临前所未有的压力。