张晓旭
- 作品数：28 被引量：20H指数：3
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- 时滞反馈储备池启发的步态协同映射建模与下肢假肢FPGA控制实现
- 2025年
- 步态轨迹规划是动力下肢假肢运动控制的重要环节.为实现假肢-健肢运动的协同,现有步态轨迹规划一般采用数据驱动建模方法,将假肢穿戴者的健肢侧运动直接映射为假肢目标运动轨迹.考虑到现有建模方法复杂度高、抗扰能力差的不足,本文提出了时滞储备池驱动的步态轨迹规划新方法.该方法以Mackey-Glass振子为储备池非线性节点,以截肢端髋关节摆动角度为输入,最终输出假肢膝关节目标运动轨迹.特别地,该储备池的输出是其虚拟节点状态量的线性叠加,因此在模型训练和计算上具有全局收敛性高、收敛速度快的优势.进一步,本文在FPGA上实现了时滞储备池步态映射模型的硬件部署,并通过与STM32的串行通信完成了数据交互,开展了动力下肢假肢的穿戴测试.实验结果表明,采用本文提出的新模型,假肢穿戴者在正常行走情况下健肢与假肢之间的相关系数为0.8377,扰动情况下为0.7436,均表现出较强的相关性.关节电机角度的跃度也反映了模型对于扰动的鲁棒性,假肢侧的平均跃度为47979 deg/s 3,比健肢侧降低了约31%,表明时滞反馈储备池驱动的步态协同映射方法具有显著的抗扰动能力.本文提出的时滞反馈储备池提高了假肢控制的精度,增强了下肢假肢在不同行走场景下的适应性.
- 陆畅吕阳张稳张晓旭张晓旭
- 关键词：步态控制
- 电磁作动器的非线性动力特性研究及控制
- 针对一款20 kg电磁激振器的动力学特性及其力学模型进行研究,建立了一个具有3次非线性形式的多自由度耦合模型.基于谐波平衡原理,对该模型的相关参数进行辨识.实验结果表明,在低频阶段,所建立的等效模型具有较高的精度,达到了...
- 张晓旭孙宜强徐鉴
- 一种模块化动力假肢
- 本发明公开了一种模块化动力假肢，包括关节电机驱动模块、膝关节传动减速模块、控制器模块、踝关节传动减速模块，脚足模块和接受腔连接件模块；关节电机驱动模块包括第一关节电机驱动模块和第二关节电机驱动模块，第一关节驱动模块与膝关...
- 张稳徐鉴张晓旭方虹斌
- 文献传递
- 基于库伦-粘性摩擦模型的大腿假肢动力学参数辨识被引量：3
- 2024年
- 基于模型的智能假肢控制方式具有物理意义明确、参数变量少的优势,但受建模误差、模型不确定等因素的影响,其控制精度仍有待进一步提高,而有效措施之一便是假肢先验动力学建模与辨识.本文针对实验室新设计的动力大腿假肢,研究了基于库伦-粘性摩擦的大腿假肢动力学参数辨识问题.首先,基于拉格朗日方法建立了具有固定传动比动力膝关节和非线性传动比动力踝关节的大腿假肢动力学模型;其次,采用库伦-粘性摩擦模型来描述假肢动力学模型中的关节摩擦行为;最后,通过粒子群优化算法辨识了大腿假肢的动力学参数.结果表明,相比于基于3D建模软件的估计参数,基于辨识参数重构的膝、踝关节电机扭矩与实测扭矩的均方根误差分别降低了93.55%和80.83%,模型精度得到了显著提高.这一结果不仅验证了本文假肢动力学建模与参数辨识方法的有效性,也为假肢后续的高精度控制提供了技术支撑.
- 张稳吕阳徐鉴张晓旭
- 关键词：大腿假肢动力学建模粒子群算法
- 力学元件网络数值计算方法与数据驱动建模应用
- 2025年
- 系统辨识的手段主要分为两类,一类是基于第一性原理的建模体系,另一类则是基于机器学习方法的数据驱动建模.尽管数据驱动模型在精度上更有优势,但物理可解释性的缺乏往往导致模型可靠性难以论证,从而限制了其在工程领域的广泛应用.力学元件网络(elementary mechanical network,EMN)作为一种数据驱动建模新方法,其模型范式遵循现有的力学理论框架,从而确保辨识结果可以通过力学的视角加以解释.然而,由于EMN结构中存在诸多约束,其模型精度不及神经网络等数据驱动方法.因此,在模型架构的基础上提高网络的逼近能力是EMN进一步发展和应用的关键.本文首先从EMN的数值计算角度出发,为EMN建立了一套微分-代数显式求解框架,并基于此框架设计了包含欧拉法、二阶龙格-库塔法和四阶龙格-库塔法在内的数值求解算法.其次,通过数值算例分析了新框架下EMN的计算精度及其初值敏感性,同时比较了三种数值计算方法在求解能力、稳定性和时间复杂度上的差异,为后续方法的选择提供依据.最后进行仿真实验,通过训练EMN构建LuGre摩擦力的等效模型.实验结果表明,训练后EMN均方误差(mean square error,MSE)仅为0.0018,且能够有效还原模型的内部状态变量,验证了EMN用于模型定量、定性特征双逼近的可行性.
- 孙昊吴启迪高泽洋张晓旭张晓旭
- 关键词：系统辨识可重构网络
- 一类具有非对称特性的隔振装置结构参数实验辨识方法被引量：1
- 2013年
- 由于重力或装配应力等偏置力的影响,隔振元件的工作状态将会偏离原始平衡位置,进而产生具有非对称特性的动力学行为,其具体表现为系统的动态响应存在刚性漂移现象,且该刚性漂移的大小与外激励频率、幅值均存在复杂的关系;其次,由于振动传感器主要针对动态信号,对于零频附近的低频信号存在灵敏度低、测量误差大的缺陷。因而,对于系统响应中存在的刚性漂移信号,实验中往往无法准确测定,甚至可能丢失,这将给系统的动力学参数标定带来非常大的影响。本文针对该问题,建立了此类隔振实验装置的非对称动力学模型,并利用较为成熟的谐波平衡原理构造了一种简单的迭代算法,使其在刚性漂移信息缺失的情况下,仍然能够有效地辨识得到系统结构参数。通过数值仿真,验证了该算法的有效性,并将其应用于一款具体的隔振元件动力学参数辨识工作中。其结果表明,由该算法辨识得到的结构参数与系统真实动力学特性具有较高的吻合度,对于其它具有类似特性的隔振元件的设计及应用具有一定的参考价值。
- 张呈波张晓旭宋汉文
- 关键词：非线性系统参数辨识谐波平衡
- 受控线性动力系统的频响分析与参数辨识
- 线性动力系统的参数辨识工作一般基于模态分析理论展开，但由于大型多自由度系统难以获得完备的模态信息，传统参数辨识方法中对特征矩阵求逆的步骤无法执行。针对这一缺陷，基于现代控制原理，利用传递函数构造了控制律参数辨识的直接方法...
- 张晓旭宋汉文
- 关键词：反馈控制频率响应参数辨识
- 一款仿蚯蚓机器人的纤维驱动特性建模与辨识被引量：3
- 2023年
- 针对一款Yoshimura折纸结构仿蚯蚓移动机器人,本文提出了基于人工肌肉纤维驱动的折展-纤维机器人新构型.该人工肌肉纤维为镀银尼龙线材质,以电热方式实现纤维收缩驱动,是一种典型的力电热耦合材料.考虑到其力电热耦合特性尚未明确,本文首先基于第一性原理提出了等长收缩状态下驱动电流-纤维温度微分模型,并通过NSGA-Ⅱ算法精确辨识了模型各参数.进一步,基于数据驱动建模方式明确了等长收缩状态下纤维温度-收缩力关系以及等温收缩状态下纤维变形-收缩力关系,最终实现了人工肌肉纤维力电热耦合特性的精确刻画,为新型仿蚯蚓移动机器人的运动性能分析和优化提供了理论基础.
- 刁斌斌徐鉴何健锋张晓旭
- 关键词：参数辨识
- 基于仿肌骨折纸-纤维结构的仿蠕虫移动机器人
- 本发明涉及一种基于仿肌骨折纸‑纤维结构的仿蠕虫移动机器人，包括多个固定连接的蠕动模块，各所述蠕动模块包括首部支撑板、尾部支撑板以及连接于所述首部支撑板和尾部支撑板之间的折纸结构，所述折纸结构内、首部支撑板与折纸结构之间以...
- 张晓旭刁斌斌
- 提高振动驱动机器人移动性能的双目标优化
- 平均速度和后退速度是评估振动驱动移动机器人移动性能的两个关键因素。考虑各向同性摩擦时,这两个指标通常是具有对抗性的,因此本文的目的是为振动驱动的移动机器人提供一种可行的双目标优化方案。首先,假设地面摩擦力是各向同性库伦干...
- 刁斌斌张晓旭方虹斌徐鉴
- 关键词：微型移动机器人非支配排序遗传算法
