穿戴式下肢輔具之系統動態分析、鑑別與控制

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	張祥均 Shiang-Chun Chang
論文名稱：	穿戴式下肢輔具之系統動態分析、鑑別與控制 Dynamic Analysis, Identification and Control of Wearable Lower Limb Orthosis
指導教授：	葉廷仁 Ting-Jen Yeh
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	82
中文關鍵詞：	人工肌肉、逆模型控制、輔具
外文關鍵詞：	air muscle, inverse model control, orthosis
相關次數：	點閱：1 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

近年來老年人口比率逐步攀升，而伴隨著高齡化產生的肢體疾病則為退化性關節炎的產生。所以本文希望發展一種可穿戴式的下肢人體輔具來輔助不良於行的老年人，或是輔助運動傷害者行走。而本文的研究重點為以物理定律、數值模擬以及實驗鑑別建立肢體阻抗、行走動態與輔具動態模型之後利用模型資訊來設計控制系統滿足不同的要求。本文利用系統鑑別的結果，設計LQG/LTR+I控制器來控制輔具輔助力矩的多寡，並加入前饋輔具系統逆模型控制，以改善閉迴路控制之控制結果。經由上樓梯、下樓梯與踩踏步機的實驗來驗證支撐腳模式與非支撐腳模式切換控制的控制策略，其中非支撐腳模式是作輔具彎曲角度的軌跡控制，並加入逆模型作遲滯補償。而支撐腳模式則是控制輔具輔助力矩追隨10％的膝關節力矩，此時膝關節力矩是用壓力鞋中的壓力負荷元與角度計等感測元件回饋之訊號來作計算。

摘要……………………………………………………………………I

致謝詞…………………………………………………………………II

目錄……………………………………………………………………III

圖目錄…………………………………………………………………VI

表目錄…………………………………………………………………XII

第一章 緒論 ……………………………………………………………1
1 研究動機與目的…………………………………………………1
2 文獻回顧…………………………………………………………2
3 本文大綱…………………………………………………………4
第二章 輔具週邊環境簡介 ……………………………………………5
1 人工肌肉介紹……………………………………………………5
2 人工肌肉週邊環境架構…………………………………………5
3 輔具整體結構……………………………………………………6
第三章 輔具動態模型之鑑別與分析 …………………………………8
1 Air muscle內部壓力動態模型…………………………………8
1.1 充氣時Air muscle內部壓力動態模型……………………8
1.2 洩氣時Air muscle內部壓力動態模型 …………………11
2 外部機構動態模型 ……………………………………………13
第四章 LQG/LTR+I控制器設計與輔具遲滯補償方法 ……………16
1 系統頻率響應 …………………………………………………16
1.1 角度感測為輸出訊號 ……………………………………16
1.2 張力感測為輸出訊號 ……………………………………17
2 LQG/LTR+I控制器設計…………………………………………18
2.1 控制器設計—角度控制 …………………………………20
2.2 控制器設計—張力控制 …………………………………21
3 輔具遲滯補償 …………………………………………………24
3.1 輔具遲滯模型 ……………………………………………28
3.2 輔具逆模型控制 …………………………………………30
3.3 輔具角度遲滯模擬 ………………………………………34
3.4 輔具張力遲滯模擬 ………………………………………39
第五章 控制結果與實驗………………………………………………44
1 實驗架構 ………………………………………………………44
2 輔具角度控制結果 ……………………………………………48
2.1 輔具角度逆模型控制結果 ………………………………48
2.2 輔具角度閉迴路控制結果與加入逆模型控制後之結果.52
3 輔具張力控制結果 ……………………………………………55
3.1 輔具張力逆模型控制結果 ………………………………55
3.2 輔具張力閉迴路控制結果與加入逆模型控制後之結果.60
4 輔具輔助力矩控制結果 ………………………………………62
5 穿戴輔具上、下樓梯與踩踏步機實驗雙模式切換控制結果.65
5.1 上樓梯實驗與雙模式切換控制結果 ……………………65
5.2 下樓梯實驗與雙模式切換控制結果 ……………………69
5.3 踩踏步機實驗與雙模式切換控制結果 …………………73
第六章 結論與未來研究方向…………………………………………79
1 結論 ……………………………………………………………79
2 未來研究方向 …………………………………………………80
參考文獻 ………………………………………………………………81

                                

[1] Sunghoon, K., George, A., and Kazerooni, H., 2004, “High-speed Communication Network for Controls with the Application on the Exoskeleton,” Proceedings of the 2004 American Control Conference, Boston, MA, June30-July2

[2] Kawamoto, H., and Sankai, Y., 2004, “Power Assist Method Based on Phase Sequence Driven by Interaction between Human and Robot Suit,”Proceedings of the 2004 IEEE International Workshop on Robot and Human Interactive Communication, Kurashiki, Okayama, Japan, Sep.

[3] Jerry, E., P., et. Al., 2004, “The RoboKnee: An Exoskeleton for Enhancing Strength and Endurance During Walking” Proceedings of the 2004 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, New Orleans, LA, USA, April

[4] Eko, P., Rong, Z., Andrew, A., 2001, “Fundamental Performance Limitations for A Class of Electrical Two-stage Proportional Flow Valves” Proceedings of the American Control Conference Arlington, VA June 25-27

[5] C., P., Chang, and Blake H., 1996, “Measurement and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles”IEEE Transection on Robotic and Automation,VOL.12,page90-102

[6] Richard, Q., Vander, L., 1999, “Design.Analysis,and Control of a Low Power Joint for Walking Robots,by Phasic Activation of McKibben Muscles,” IEEE Transection on Robotic and Automation, VOL.15,page599-603

[7] Zhou, Kemin, 1996, ’Robust and optimal control’, Prentice Hall

[8] T., J., Yeh, 1996, ‘Modeling, Analysis and Control of Magnetically Levitated Rotating Machines.’ Ph.D. dissertation, Massachusetts Institute of Technology

[9] Goldfarb, M., and Celanovic, N., 1997, ”Modeling Piezoelectric Stack Actuators for Control of Micromanipulation,”IEEE Contr. Syst. Mag.,vol.17, pp69-79

[10] 洪若芬，2006，「壓電致動器模型建構與逆模型控制」，國立清華大學動力機械工程學系碩士論文

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文