李顺利，孟德远，杨 林，李艾民，唐超权

(1.中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.重庆大学 机械工程学院，重庆 400044)

外骨骼助力机器人[1-9]作为一种高度集成化的人机交互装备，系统的设计需要满足柔顺性好、可靠性强、清洁和精度高等要求。为解决上述关键问题，气动肌肉驱动的外骨骼助力机器人[5-9]成为研究热点。气动肌肉是一种仿人体肌肉提供收缩力的执行元件，且与液压驱动与电机驱动相比，气动肌肉所具有的功率-质量比大、柔顺性好、清洁等优点使其广泛应用于外骨骼机器人的关节设计。其中以拮抗对拉关节[5-8]与气动肌肉-复位弹簧关节[9]为基础的外骨骼机器人应用最广。采用上述两种关节结构，每增加一个自由度，整机会增加一根气动肌肉或复位弹簧，不但增加了经济成本，也减少了机器人内部可用空间。因此，本文从缩小整机体积、降低经济成本出发，设计一种简单经济的上肢外骨骼助力机器人。其每个关节仅使用一根气动肌肉，通过钢丝绳带动滑轮，实现关节旋转，气动肌肉安装位置相对灵活，从而释放了整机内部空间。

由于气动肌肉具有复杂的输出力特性且难以精确建模，再加上气动系统固有的模型不确定性及强非线性，造成传统比例-积分-微分(PID)控制器轨迹跟踪控制效果较差，难以满足外骨骼助力机器人控制要求。

为解决气动肌肉伺服系统高精度轨迹跟踪控制问题，国内外学者设计了许多相关非线性控制器，如非线性PID控制[10]、滑模控制[8,11-15]、H∞鲁棒控制[16]、动态滑模面控制、模糊控制、自适应控制[17-18]、自抗扰控制和自适应鲁棒控制[19]等。……