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基于规则进化模糊系统的步行方向意图识别

仪器仪表学报 2017年第11期38卷 2615-2625页

作者：赵东辉杨俊友王义娜王硕玉沈阳工业大学电气工程学院沈阳110011 日本高知工科大学智能机械电子学院高知7828502

为了准确识别下肢功能障碍患者自主步行康复训练过程中的方向意图,提出了一种能够兼顾使用者个体差异及安全状态的新型步行方向意图识别方法。首先论述了康复训练机器人结构及患者前臂对机器人支撑板的压力和步行方向意图的关系。为保... 详细信息

为了准确识别下肢功能障碍患者自主步行康复训练过程中的方向意图,提出了一种能够兼顾使用者个体差异及安全状态的新型步行方向意图识别方法。首先论述了康复训练机器人结构及患者前臂对机器人支撑板的压力和步行方向意图的关系。为保证患者安全地向任意方向行走,提出根据膝盖旋转角度推理安全步态的先决条件下,基于距离型模糊推理算法设计具有稀疏前件规则库的步行方向意图识别方法;然后为减小因个体差异、非稳定模糊规则引起的识别误差,提出规则进化算法实时优化模糊推理规则库。最后将该算法进行了多方向模糊推理实验与步行康复训练机器人压力控制实验,实验表明该算法可以准确识别下肢功能患者的任意步行方向意图并提高了步行的安全性,提出的步行方向意图识别方法可以应用在下肢功能障碍人士的日常起居与康复训练中。

关键词：距离型模糊推理算法规则进化算法步行康复训练方向意图识别

基于频域积分时域基线校正算法的地震加速度波形再现

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林业工程学报 2025年

作者：郭迎庆刘少帅朱文徐赵东景兴建张汉奇南京林业大学机械电子工程学院东南大学中国巴基斯坦“一带一路”重大基础设施智能防灾联合实验室香港城市大学机械电子工程学院

加速度信号在积分过程中由于初始速度和位移信号未知导致积分得到的位移信号存在严重的漂移现象。针对上述问题,本研究提出一种频域积分时域基线校正算法。首先对加速度信号进行滤波处理,消除频段外的噪声;然后在频域内对加速度信号进... 详细信息

加速度信号在积分过程中由于初始速度和位移信号未知导致积分得到的位移信号存在严重的漂移现象。针对上述问题,本研究提出一种频域积分时域基线校正算法。首先对加速度信号进行滤波处理,消除频段外的噪声;然后在频域内对加速度信号进行积分和基线校正得到速度信号,接着对得到的速度信号进行相同的处理得到位移信号,其中两次基线校正主要实现信号未知的初始值引起的漂移。研究结果表明,与时频混合积分算法相比,采用频域积分时域基线校正算法得到的位移绝对误差和峰值误差分别减小了0.020和0.232,其性能提升率分别为3.06%和61.5%。在振动台地震波复现试验中,采用频域积分时域基线校正算法得到的最大加速度峰值误差比时频混合积分算法的减小39.95 gal,最大峰值误差率降低18.16%。证明了频域积分时域基线校正算法在提高振动台波形复现精度方面具有较高的实用价值和现实意义。

关键词：地震模拟振动台波形复现频域积分算法基线校正算法

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全方位轮式下肢康复训练机器人轨迹跟踪控制

机器人 2011年第3期33卷 314-318页

作者：杨俊友白殿春王硕玉赵文增沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 高知工科大学智能机械电子学院日本高知7828502

全方位轮式下肢康复训练机器人需要跟踪医生给受训者设定的轨迹.机器人自身的不确定性和患者在康复训练时对机器人运行产生的干扰会影响其跟踪性能.本文设计了一种非线性L_2鲁棒控制器解决上述扰动抑制问题.给出了下肢康复训练机器人的... 详细信息

全方位轮式下肢康复训练机器人需要跟踪医生给受训者设定的轨迹.机器人自身的不确定性和患者在康复训练时对机器人运行产生的干扰会影响其跟踪性能.本文设计了一种非线性L_2鲁棒控制器解决上述扰动抑制问题.给出了下肢康复训练机器人的运动学模型,并由此建立了位置误差系统的动态模型.将机器人的跟踪和不确定干扰抑制归结为L2设计问题,构造存储函数通过反推(backstepping)控制算法设计了控制函数,并由此构造了满足干扰抑制的轨迹跟踪控制器.仿真和实验结果验证了所设计控制器的有效性.

关键词：下肢康复机器人轨迹跟踪重心轨迹鲁棒控制

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基于液晶引流效应的全新微流体驱动方式

机械工程学报 2012年第16期48卷 122-129页

作者：刘春波田勇辻知宏蝶野成臣河南工业大学机电工程学院郑州450007 高知工科大学智能机械系

对现有微流体驱动技术中普遍存在的微型化难、驱动力小等缺点,提出液晶引流驱动方式。作为开发该驱动方式的第一步,采用理论计算模拟与辅助试验验证相结合的研究方法,以小分子液晶Leslie-Ericksen理论为基础,对上板处于浮动状态下液晶... 详细信息

对现有微流体驱动技术中普遍存在的微型化难、驱动力小等缺点,提出液晶引流驱动方式。作为开发该驱动方式的第一步,采用理论计算模拟与辅助试验验证相结合的研究方法,以小分子液晶Leslie-Ericksen理论为基础,对上板处于浮动状态下液晶盒的驱动效果及影响因素进行研究。结果表明,连续方波电场作用下引起的液晶引流效应可以驱动液晶盒上板运动,方波电场频率为1 Hz、有效率为5%时驱动速度最大。液晶分子指向矢倾斜角的旋转范围对驱动效果影响较大,所施加电压对于倾斜角的旋转范围没明显影响,两板间的距离却影响很大。通过选择合适的驱动条件已成功得到90μm/s的高驱动速度。采用显微镜下直接观察液晶盒上板运动情况的方法进行试验验证,结果与理论计算结果定性上十分吻合,定量上试验结果偏小,最大差距出现在电场施加后的第三周期,主要原因是液晶盒制作时初始配向误差,可通过改变配向膜的种类及摩擦条件来改善。

关键词：引流效应微流体驱动 Leslie-Ericksen理论

康复机器人具有速度决策的每步限时学习控制方法

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控制与决策 2024年第8期39卷 2679-2684页

作者：单芮孙平王硕玉沈阳工业大学人工智能学院沈阳110870 高知工科大学智能机械系统工程学院日本高知7828502

为了提高康复步行训练器人的智能性和安全性,提出一种运动速度决策的康复训练机器人限时学习迭代控制方法,目的是抑制训练者位姿不确定性和人机速度不协调对系统安全性能的影响.建立具有系统不确定偏移量的康复步行训练机器人动力学模型... 详细信息

为了提高康复步行训练器人的智能性和安全性,提出一种运动速度决策的康复训练机器人限时学习迭代控制方法,目的是抑制训练者位姿不确定性和人机速度不协调对系统安全性能的影响.建立具有系统不确定偏移量的康复步行训练机器人动力学模型,通过比较康复训练机器人当前的运动速度和训练者的实际步行速度,提出机器人运动速度的决策方法,从而使康复者在主动训练模式下实现人机速度协调运动;进一步,利用机器人决策的运动速度和动力学模型建立跟踪误差系统,提出有限学习时间的迭代控制方法,并基于Lyapunov理论验证跟踪误差系统的有限时间稳定性.仿真对比分析和实验结果表明,所提出的速度决策方法和跟踪控制方法能使人机系统协调地进行主动模式的康复训练.

关键词：康复步行训练机器人每步限时学习运动速度决策迭代学习控制人机速度协调主动康复训练

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全方位机器人的重心位置预测与轨迹跟踪控制

控制理论与应用 2024年第1期41卷 145-154页

作者：王义娜刘赛男王硕玉杨俊友沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 高知工科大学智能机械系日本高知7828502

针对全方向移动机器人存在非线性动态强耦合、实时重心偏移及难以实现高精度跟踪控制的问题,本文提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的重心位置在线预测的轨迹跟踪控制法.首先,建立考虑重心偏移的动力学模型并基于LSTM神经网络训练... 详细信息

针对全方向移动机器人存在非线性动态强耦合、实时重心偏移及难以实现高精度跟踪控制的问题,本文提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的重心位置在线预测的轨迹跟踪控制法.首先,建立考虑重心偏移的动力学模型并基于LSTM神经网络训练构建其对比模型;其次,基于模型对比法实时估计重心偏移参数,再基于张神经网络(ZNN)对估计的重心偏移参数进行预测以减小估计过程引起的滞后;最后,基于非线性动态反馈解耦法设计数值加速度控制算法,且基于离散系统极点配置法分析了系统的稳定性.仿真结果验证了所提方法相对于数值加速度控制器与自适应控制器因能在线预测重心偏移参数完成高精度动态解耦实现控制精度的提高.实际实验中,所提控制算法相比数值加速度控制及模型预测控制,其跟踪精度明显提高,这表明所提控制算法可显著减小重心偏移对跟踪控制精度的影响.

关键词：跟踪控制时变矩阵求逆重心偏移参数估计长短期记忆神经网络

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考虑个体习惯的轮椅机器人人机共享避障方法

浙江大学学报（工学版） 2024年第11期58卷 2299-2308页

作者：王义娜曹晨杨佳琪俞彦军傅国强王硕玉沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 高知工科大学智能机械系日本高知7820003

为了避免个体操作习惯对智能轮椅机器人(WR)人机共享运动控制的影响,引入动态强化学习策略,基于三重奖励系统建立个体操作习惯与碰撞风险的关联特性,提出能够自适应用户行为及保证安全性的模糊强化学习状态融合式共享控制策略.为了实现... 详细信息

为了避免个体操作习惯对智能轮椅机器人(WR)人机共享运动控制的影响,引入动态强化学习策略,基于三重奖励系统建立个体操作习惯与碰撞风险的关联特性,提出能够自适应用户行为及保证安全性的模糊强化学习状态融合式共享控制策略.为了实现机器人的智能操控,采用距离型模糊推理算法建立基于座椅压力的方向意图识别模型和机器人人机共享控制框架.面向用户意图方向与机器人实际方向的偏差度,分别基于高斯函数与偏差率建立当前奖励函数与预测奖励函数,以估计用户操作习惯.基于边界距离建立任务奖励函数,以估计人机安全性.基于模糊强化学习策略,利用三重奖励函数构建用户操作习惯与安全性的关联性,以动态调整共享控制中的用户控制权重,适应个体习惯,提高人机共享的操控精度和安全性.在实验室搭建试验环境,验证了所提算法的有效性.

关键词：智能轮椅机器人距离型模糊推理算法模糊强化学习个体习惯人机共享控制

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可控磁路式并联型永磁悬浮系统

仪器仪表学报 2017年第7期38卷 1714-1722页

作者：孙凤韦伟金俊杰金嘉琦岡宏一沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 高知工科大学智能机械系统工学科

提出一种主要由伺服电机、径向磁化盘状永磁铁、"F"形导磁体及悬浮物构成的可控磁路式并联型永磁悬浮系统。系统中,并联悬浮物是置于导磁体正下方两个不同重量的铁球,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的有效磁通量,进而控制... 详细信息

提出一种主要由伺服电机、径向磁化盘状永磁铁、"F"形导磁体及悬浮物构成的可控磁路式并联型永磁悬浮系统。系统中,并联悬浮物是置于导磁体正下方两个不同重量的铁球,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的有效磁通量,进而控制悬浮力大小,实现两铁球的稳定悬浮。根据系统结构及可控磁路式并联型永磁悬浮原理将系统模型简化,并建立系统的数学模型,分析使系统稳定悬浮的可能性,计算使系统稳定悬浮的PD控制器反馈增益范围。实验结果表明:在控制器参数满足计算范围条件下,当给系统一较小阶跃外扰时,在实时控制系统作用下,系统在很短的响应时间内可达到新的稳定悬浮状态;相同的外扰可导致左右球异向的位移响应结果,左球移动方向与外扰相同,而右球相反。

关键词：永磁悬浮并联型 PD控制悬浮实验

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永磁悬浮非接触回转驱动系统

机械工程学报 2017年第20期53卷 192-201页

作者：孙凤韦伟金嘉琦金俊杰佟玲岡宏一沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 高知工科大学智能机械系统工学科

提出一种永磁悬浮非接触回转驱动系统,该系统由悬浮部分和非接触回转驱动两部分构成。悬浮部分采用运动控制方式,利用音圈电动机驱动永磁铁实现悬浮物竖直方向的稳定悬浮;回转驱动部分由直流伺服电动机驱动径向磁化永磁铁回转,形成变化... 详细信息

提出一种永磁悬浮非接触回转驱动系统,该系统由悬浮部分和非接触回转驱动两部分构成。悬浮部分采用运动控制方式,利用音圈电动机驱动永磁铁实现悬浮物竖直方向的稳定悬浮;回转驱动部分由直流伺服电动机驱动径向磁化永磁铁回转,形成变化磁场,非接触驱动悬浮物回转。本系统未在悬浮物中加入任何磁性材料,仅利用悬浮物表面剩余磁化点实现悬浮物的非接触回转驱动。介绍系统的悬浮与驱动原理,建立非接触驱动数学模型,并利用仿真与试验分析系统的回转驱动特性。分析结果表明:悬浮物的非接触回转驱动可以由伺服电动机驱动盘状永磁铁旋转来实现。铁球是否旋转与磁铁的数量无关;驱动磁铁的数量与系统的响应速度成正比,驱动磁铁的数量增多,输入速度和输出速度之间的线性度相对提高,旋转稳定。明晰本系统的非接触驱动特性,为隔离环境下铁磁性物品或零件的非接触操纵和姿态控制奠定了理论基础。

关键词：永磁悬浮非接触回转驱动试验分析数学模型