本书对助力型人体下肢外骨骼进行了机械系统设计、运动学和动力学仿真分析、结构助力能力分析、控制方案设计及验证、控制器智能算法优化及试验样机研制与试验分析等工作。
本书共分为8章，第1章介绍了人体外骨骼的研究背景与意义，分析了外骨骼样机、控制策略、感知系统及建模仿真分析方法的国内外研究现状。第2章设计了电机直驱型及液压、电动推杆驱动型、平动膝关节外骨骼三种结构方案并进行了对比分析。第3章通过对人体运动捕捉获得的运动步态数据进行处理，进行了外骨骼Adams多体动力学建模与仿真。第4章建立了人机协同行走Adams-Simulink联合仿真模型、人体直接背负负载行走仿真模型及人体无负载独立行走仿真模型。第5章提出了将人体看作外骨骼工作环境的基于电机电流环的交互力放大控制方案。第6章通过遗传算法、BP神经网络算法、模糊算法对所设计的基于电机电流环的交互力放大控制方案中所采用PID控制器的参数进行了优化，并仿真分析了不同优化算法的控制效果。第7章研制了一套助力型人体下肢外骨骼试验样机系统平台，并进行了大量性能分析试验。第8章总结全书并对未来进行展望。

第1章 绪论
1.1 研究背景与意义00l
1.2 国内外研究现状
1.2.1 外骨骼样机国内外研究现状
1.2.2 外骨骼控制策略国内外研究现状
1.2.3 外骨骼感知系统国内外研究现状
1.2.4 外骨骼建模仿真分析方法国内外研究现状
1.3 主要研究内容
第2章 助力型人体下肢外骨骼机械系统分析及设计
2.1 外骨骼机械系统基础分析
2.1.1 基准平面和基准轴
2.1.2 结构尺寸分析
2.1.3 关节自由度分析
2.1.4 驱动自由度的选择
2.1.5 驱动系统分析
2.2 外骨骼机械系统设计
2.2.1 电机直驱型外骨骼结构方案
2.2.2 液压、电动推杆驱动型外骨骼结构方案
2.2.3 平动膝关节外骨骼结构方案
2.2.4 三种结构方案对比分析
2.3 小结
第3章 助力型人体下肢外骨骼多体动力学建模与仿真分析
3.1 运动步态分析
3.1.1 三维运动捕捉系统的标记点重建
3.1.2 三维运动捕捉系统
3.1.3 运动步态仿真曲线
3.2 外骨骼多体动力学Adams仿真
3.2.1 仿真模型
3.2.2 不同负载时屈伸关节参数对比
3.2.3 驱动系统参数分析
3.2.4 外骨骼关节弹性元件、阻尼元件添加方法分析
3.2.5 模型的ZMP分析
3.3 小结
第4章 下肢外骨骼人机协同建模与助力能力仿真分析
4.1 旋转膝关节外骨骼人机协同Adams-Simulink联合建模与仿真
4.1.1 人机耦合Adams-Simulink联合仿真模型建立
4.1.2 人机耦合模型联合仿真计算
4.1.3 外骨骼助力效果分析
4.2 平动膝关节外骨骼助力能力仿真分析
4.2.1 平动膝关节外骨骼人机耦合Adams-Simulink联合仿真模型建立
4.2.2 平动膝关节外骨骼助力效果分析
4.3 仿真方法合理性验证
4.3.1 人体模型验证
4.3.2 人机耦合模型验证
4.4 小结
第5章 基于电机电流环的交互力放大控制方案设计及验证
5.1 基于电机电流环的交互力放大控制方案设计
5.1.1 稳定性分析
5.1.2 伺服电机三环运动控制分析
5.1.3 外骨骼控制策略综合分析
5.1.4 基于电机电流环的交互力放大控制策略
5.1.5 外骨骼总体控制流程方案设计
5.2 人机电一体化系统数学建模
5.2.1 外骨骼系统数学建模
5.2.2 电机系统数学建模
5.2.3 人机交互系统数学建模
5.2.4 PID控制器模型
5.2.5 人机电一体化系统数学模型
5.3 人机电一体化系统仿真
5.3.1 仿真模型
5.3.2 仿真参数
5.3.3 仿真结果及分析
5.4 试验验证
5.4.1 试验方案
5.4.2 数据采集及处理分析
5.5 小结
第6章 助力型人体下肢外骨骼PID控制器参数优化及仿真分析
6.1 外骨骼PID控制器参数遗传算法优化
6.1.1 遗传自适应PID控制器
6.1.2 外骨骼遗传自适应PID控制器参数整定
6.1.3 仿真分析
6.2 外骨骼PID控制器参数BP神经网络算法优化
6.2.1 BP神经网络自适应PID控制器
6.2.2 外骨骼BP神经网络自适应PID控制器参数整定
6.2.3 仿真分析
6.3 外骨骼PID控制器参数模糊控制算法优化
6.3.1 模糊自适应PID控制器
6.3.2 外骨骼模糊自适应PID控制器参数整定
6.3.3 仿真分析
6.4 三种优化控制器对比
6.5 小结
第7章 助力型人体下肢外骨骼样机研制及试验
7.1 试验样机系统平台
7.1.1 试验样机硬件
7.1.2 控制采集测量系统
7.2 外骨骼样机性能试验
7.2.1 试验方案
7.2.2 平地行走试验结果与分析
7.2.3 上台阶试验结果与分析
7.2.4 外骨骼试验样机性能分析
7.3 小结
第8章 总结与展望
8.1 总结
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献