韩亚丽 许有熊 高海涛 朱松青 时煜

基于导纳控制的膝关节外骨骼摆动控制研究

韩亚丽1许有熊1高海涛1朱松青1时煜1

针对膝关节外骨骼机械腿运动过程中对操作者的运动跟随问题,提出了一种基于导纳原理的等效惯量补偿控制方法.设计导纳控制器将外骨骼与操作者间的交互力矩转化为期望的运动轨迹;通过低通滤波加速度与惯量增益的乘积形成的闭环反馈实现等效惯量补偿;结合腿部肌肉表面肌电信号进行人体摆腿运动换向的预判,实施膝关节外骨骼机械腿的摆动控制,实验结果表明,膝关节外骨骼与受试者之间的关节角度相对误差为±12%,膝关节外骨骼机械腿对受试者的摆腿运动能实现较好的运动跟随.

膝关节外骨骼,运动跟随,导纳控制,人体运动意图识别,交互控制

DOI10.16383/j.aas.2016.c160080

外骨骼作为一种用机械力量辅助操作者的人机一体化系统,最早由美国提出了相关概念.在助残、医疗乃至军事方面,外骨骼能够提供给人体极大的帮助,有增强操作者肢体力量、助力操作者运动等作用,成为近年来的研究热点,国内外学者对此进行了深入的研究,并分别取得了不同的成果[1−9].针对不同的外骨骼机构,研究者们提出了各自的控制方法,美国加州大学伯克利分校进行了基于液压驱动的BLEEX外骨骼下肢机器人研究[10],采用基于正反馈的灵敏度放大控制方法对下肢外骨骼进行控制,此方法不需要检测下肢外骨骼与穿戴者……