基于非線性振子的CPG控制器步態(tài)規(guī)劃與環(huán)境適應(yīng)性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，醫(yī)療技術(shù)的飛速進(jìn)步，截肢者對(duì)于假肢舒適度的要求也越來(lái)越高。殘疾人佩戴假肢的舒適度與假肢的控制方法直接相關(guān)，自然界給予人類穩(wěn)定高效的行走模式，仿生控制的研究對(duì)于假肢研究有著重大的意義。為此本論文由生物界得到啟發(fā)，提出一種主動(dòng)式智能假肢控制方法，使假肢佩戴者能夠自然、高效的行走，改善傳統(tǒng)假肢的性能。
　　近年來(lái)，仿生控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，就是模擬生物中樞模式發(fā)生器(CentralPatternG

2、eneratorCPG)。對(duì)于人類而言，中樞模式發(fā)生器負(fù)責(zé)許多節(jié)律運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，例如：移動(dòng)，咀嚼，呼吸，消化等等?；诜蔷€性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，CPG控制器可以產(chǎn)生自激振蕩信號(hào)，較傳統(tǒng)的人工規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，只需要高層控制信號(hào)和感覺(jué)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的步態(tài)，這也是CPG控制方法的優(yōu)勢(shì)所在。
　　本文將生物CPG控制器，從工程角度進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)CPG控制器。設(shè)計(jì)過(guò)程由以下三步完成：首先，提出了一種非線性振蕩器模型。經(jīng)過(guò)對(duì)比幾

3、種中樞模式發(fā)生器模型，本文選取了非線性振子-Rayleigh振蕩器作為CPG控制器。非線性振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，并且其具有固有同步特性，可使四肢協(xié)調(diào)。然后設(shè)計(jì)了可以支持不同步態(tài)的通用網(wǎng)絡(luò)，即步態(tài)規(guī)劃問(wèn)題?？刂破髂Ｐ陀蓛蓚€(gè)Rayleigh振蕩器組成，兩個(gè)振蕩器各驅(qū)動(dòng)一個(gè)關(guān)節(jié)，使用遺傳算法優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。最后我們闡述了如何融合本地感覺(jué)反饋，以及自適應(yīng)頻率振蕩器的學(xué)習(xí)規(guī)則。當(dāng)外界環(huán)境改變時(shí)，CPG控制器可以自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，以降低對(duì)人體