基于蟻群算法和模糊推理的智能控制器及在仿生人工腿中的應(yīng)用研究.pdf

1、中南大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要智能人工腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域一個(gè)備受關(guān)注的研究課題。它將智能控制理論、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合在一起，具有能模仿人體健康腿的運(yùn)動(dòng)方式且步行速度可自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化的特點(diǎn)。開展該課題的研究對(duì)幫助那些截肢者回歸主流社會(huì)，減輕社會(huì)及其家庭負(fù)擔(dān)具有重要意義。智能人工腿的擺動(dòng)靠安放在其內(nèi)部的空壓氣缸的活塞伸縮來實(shí)現(xiàn)。空壓氣缸尾部的電機(jī)可以控制氣缸

2、內(nèi)一個(gè)針閥的開度，通過改變針閥開度可以調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的阻尼，從而達(dá)到改變智能人工腿擺動(dòng)速度的目的。以前研制的智能人工腿，在兩個(gè)方面存在不足，一方面控制器控制氣缸內(nèi)針閥的開度是采用步進(jìn)電機(jī)所構(gòu)成的開環(huán)控制方式，位置精度不高，且控制不具有智能化策略另一方面控制器的CPU多采用51系列單片機(jī)，運(yùn)行速度不能滿足高級(jí)控制算法的需要。在本文中，我們針對(duì)上述兩個(gè)方面的不足提出了以下幾點(diǎn)改進(jìn)方案。首先，我們改步進(jìn)電機(jī)為直流伺服電機(jī)，使它能在大范圍

3、內(nèi)實(shí)現(xiàn)精密的位置控制。其次，將其控制方式設(shè)計(jì)成閉環(huán)方式，并采用蟻群算法對(duì)其控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)引入模糊邏輯控制使控制器參數(shù)可進(jìn)行在線調(diào)整。通過控制策略的改進(jìn)來提高智能人工腿步態(tài)調(diào)整的快速性和準(zhǔn)確性。文中詳細(xì)介紹了利用蟻群算法和模糊控制理論優(yōu)化控制器參數(shù)的具體過程，并給出了其計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。最后，在智能人工腿控制器的硬件設(shè)計(jì)中，我們采用TI公司的MSP430系列單片機(jī)MSP430F149作為智能人工腿控制器的CPU.該芯片是一種低功耗

4、、高集成的專用控制芯片。運(yùn)行速度比51系列單片機(jī)快且具有強(qiáng)大的指令集，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制算法的在線運(yùn)算。其內(nèi)部特有的硬件結(jié)構(gòu)給控制器的軟硬件設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。通過控制器硬件電路的設(shè)計(jì)、制作，軟件的編寫、調(diào)試以及實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，本文所提出的智能人工腿控制器能夠有效地提高控制系統(tǒng)的智能性、魯棒性、快速性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞:智能人工腿，閉環(huán)控制，蟻群算法，模糊邏輯控制，MSP430中南大學(xué)碩士學(xué)位論文Abstracttime.Theimprov

5、ementofcontrolstrategyraisedtherespondspeedandaccuracyofgaitadjustmentoftheintelligentartificialleg.LastlyinthedesignofthecontrollerhardwarecircuitsMSP430F149chipproducedbyTexasInstruments(TI)wasadoptedastheCPUoftheintel

6、ligentcontroller.MSP430F149isakindofICwithexcellentperformancewhichhasthecharacteristicsofultralowpowerandhighlyintegrateddegree.ItsrunningspeedisfasterthanC51singlechipandhaspowerfulinstructionsystem.MSP430F149chipcanco

7、mpleteeasilytheonlineoperationofmanyadvancedcontrolalgorithms.Itsspecialhardwarestructurebringsgreatconveniencetothehardwareandsoftwaredesignoftheintelligentcontroller.Theauthorhasdesignedandmadethehardwarecircuitsofthei

8、ntelligentcontrollerandwrittencontrolsoftware.Fromtheexperimentresultitwasconcludedthatthecontrollerofintelligentartificiallegdesignedinthisresearchhasbetterintelligentbehaviorrobustnessresponsespeedandaccuracy.Keywords: