可穿戴抑震機(jī)器人抑震控制策略的研究.pdf

1、人體震顫特別是病理性震顫是一種常見的病理現(xiàn)象，現(xiàn)在普遍的治療方式是藥物治療，但由于藥物治療的效果不盡如人意，同時(shí)可能會(huì)帶來很大的副作用，世界各地的工程技術(shù)人員逐漸加入到這一領(lǐng)域的研究中來，以期待設(shè)計(jì)出一套可穿戴抑震機(jī)器人系統(tǒng)來輔助甚至取代藥物治療。
　　由于抑震機(jī)器人與人體耦合性較強(qiáng)難于建立精度的模型、人體震顫信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)以及人體的意向運(yùn)動(dòng)與震顫運(yùn)動(dòng)耦合在一起，進(jìn)行抑震機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一就是如何設(shè)計(jì)出一套抑震控制策略，

2、使其能夠在保證抑震有效性的同時(shí)最大限度的減小抑震對(duì)人體意向運(yùn)動(dòng)的影響。
　　本文基于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的可穿戴抑震機(jī)器人，從人體震顫以及抑震機(jī)器人所采用的磁流變阻尼器的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)該抑震機(jī)器人的抑震控制策略進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了利用震顫速度信號(hào)對(duì)磁流變阻尼器進(jìn)行調(diào)控，以使阻尼器的阻尼系數(shù)與震顫速度的大小成正比的控制策略。該策略基于系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)而不是系統(tǒng)的控制模型，解決了人機(jī)系統(tǒng)控制模型難于精確

3、建立的問題，而且分析可知該控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)在抑震的同時(shí)最大限度的減小抑震機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)人體意向運(yùn)動(dòng)的影響的控制目標(biāo)。
　　為保證前面制定的控制策略的正常執(zhí)行以及達(dá)到進(jìn)一步減小抑震機(jī)器人對(duì)人體震意向運(yùn)動(dòng)的影響的目的，需要從傳感器采集回來的信號(hào)中辨識(shí)出人體的意向運(yùn)動(dòng)和震顫運(yùn)動(dòng)。由于意向運(yùn)動(dòng)與人體的震顫一般情況下所處的頻帶并不相同，因而可以利用濾波算法來對(duì)它們進(jìn)行分離，但傳統(tǒng)的濾波算法由于具有本質(zhì)性時(shí)延，不能滿足抑震系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，本文

4、利用人體震顫信號(hào)是類簡(jiǎn)諧信號(hào)的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的在線實(shí)時(shí)預(yù)估濾波算法——限窗滑動(dòng)的線性傅里葉擬合（SBMFLC），該算法對(duì)于人體震顫信號(hào)具有更好的濾波精度和頻率適應(yīng)性，能夠很好的滿足抑震機(jī)器人系統(tǒng)的所提出的濾波要求。
　　為對(duì)抑震控制策略以及預(yù)估濾波算法進(jìn)行驗(yàn)證，本文基于ARM7控制芯片設(shè)計(jì)了一套了包含主控制模塊、反饋信號(hào)輸入模塊、控制信號(hào)輸出模塊等模塊以及相關(guān)軟件控制算法的抑震控制系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)在模擬震顫實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了相關(guān)