自适应性主动式下肢假肢仿生控制方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201232402003河北工业大学硕士学位论文自适应性主动式下肢假肢仿生控制方法研究论文作者：苏龙涛学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：控制工程指导教师：郭欣职称：副教授资助基金项目：国家自然科学基金动力型下肢假肢运动状态识别与协调控制方法研究61174009和适应复杂环境的主动型假肢建模与平稳控制机理研究61203323。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofControlEngineeringRESEARCHONBIO-INSPIREDCO

2、NTROLMETHODOFADAPTIVEACTIVELOWERLIMBPROSTHESESbySuLongtaoSupervisor:Prof.GuoXinApril2015ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.61174009andNo.61203323.原创性声明本人巧里声明：巧置定的学位论文Ｉ是本人在导师指导下，进行巧巧工作巧巧巧化成巧。隨义中日妊化听引用的内窗外，本宁位论文不甸當巧柯化人巧果化已经发巧的作化两容，也不化含本人为巧巧其化学位而使巧过的村料．巧本论文巧巧及的

3、研巧工巧化出巧献的其化个人或巧化，巧已在文々＾；＾巧销方式标巧。本学位论文原创性声明的化巧贵任由本人承担。学巧论文化者坦名；弟、寸曰點＾斬０專５、丢关于举化论文版权使用授权的说明本人完全Ｔ指巧北工化大学关于权集、供存、巧巧学位论文的切下巧定；学巧巧权采用影巧、縮巧、巧枯、巧字化或巧它手段化存记文，学校有权巧巧本学垃也文全文或署部分内冉的网化巧务？；単校有权巧学化论义的全邱或站分内谷巧入有关巧巧库进巧检黄＇、巧流！举校有权向国韋有巧部Ｉ］巧者机柯埋交也义的夏印件和电子阪。＜保蓝的学位论义在稱巧后适用本授权议巧）学化论文作者在召：幕也曰耻如巧．０

4、曼５，４一导师亞名：明；么嘶ｉ摘要近些年来，随着生物学和仿生学的研究发展，很多的生物学的研究成果为假肢控制领域带来新的思路。研究发现，生物的很多运动例如呼吸、行走、心跳等，并不是由生物体的大脑去直接控制，而是由位于生物低级神经中枢的被称作中枢模式发生器（CentralPatternGenerator,CPG）去直接控制。本文将基于CPG的仿生控制方法应用到下肢假肢的控制，主要工作内容包括以下几个方面：1、熟悉了解人体对步态的分层运动控制系统，将基于CPG的仿生控制方法应用于对下肢假肢的控制，使用自激振荡的非线性振荡器去模拟控制信号的产生过程，对常见的Hopf振荡器、Ra

5、yleigh振荡器和Matsuoka振荡器进行分析比较，选择Hopf振荡器作为组成振荡器网络的基本振荡器。2、Hopf振荡器仅能产生固定角频率的振荡信号，无法实现对外部训练信号的学习，因此将DynamicHebbianLearning学习算法加入到对Hopf振荡器的学习训练之中，改进的Hopf振荡器中的角频率由常量变为状态变量，进而可以实现对外部周期信号角频率的学习。3、将几个改进的Hopf振荡器组成CPG网络，振荡器之间实现耦合，使用正常的肢体行走步态数据去完成对整个网络的训练，并对整个振荡器网络引入反馈，用反馈信息去调整每个振荡器的幅值、振荡角频率和相位。训练结束后，由若干具有不同

6、幅值、振荡角频率和相位的振荡器组成的CPG网络，可以实现对训练信号的重现，振荡器网络自激振荡输出可以用于控制假肢的信号，步速的调整和步态的切换。4、使用双下肢仿生平台作为测试算法的平台，使用Labview搭建上位机，实验结果证明可以将基于CPG的仿生控制方法应用于下肢假肢的控制，CPG产生的假肢控制信号和人体产生的用于肢体控制的信号十分接近，方法是可行的。关键词：Hopf振荡器中枢模式发生器主动式假肢仿生控制方法IABSTRACTReferencingtotheresearchresultsinbiologicalandneurologyfieldsinrecentyears,many

7、newideasareputforwardtocontroltheprosthesis.Thestudyfindthatmanymovementsuchasrespiratory,gaitwalking,heartbeat,etc.,arenotcontrolleddirectlybytheorganism'sbrain,insteadarecontrolleddirectlybytheCentralPatternGenerator(CPG),