人体下肢外骨骼机器人的自适应控制方案

简介：
本文提出了一种创新的人体下肢外骨骼机器人自适应控制系统，能够实时调整参数以优化穿戴者的行走体验和辅助效果。该系统结合了先进的传感器技术和智能算法，旨在提高运动的自然性和安全性，适用于康复医疗及增强人体机能等多领域应用。 外骨骼机器人辅助物理治疗因其在康复过程中的各个阶段都能提供有效物理疗法而备受关注。这种治疗方法的效果很大程度上取决于机器人的操作性能。由于机器人动力学的非线性特性，通常会采用近似模型来设计控制算法，这可能导致系统不稳定和跟踪误差的问题。准确地确定外骨骼机器人的负载（包括人体肢体的质量和惯性特征）通常是不现实的。自适应控制系统能够有效地处理这些建模误差。 本段落利用牛顿-欧拉法建立了7自由度的人体下肢动力学模型，并引入了一个实际摩擦模型来模拟关节摩擦。设计了一种直接自适应控制器，以使机器人能快速且准确地跟踪预定轨迹。该方案考虑了31个模型参数进行自适应调整，并通过李雅普诺夫稳定性方法确定控制系统的增益值，确保系统稳定运行。仿真结果显示，在存在关节摩擦的情况下，所开发的控制器具有良好的追踪性能。