下肢骨骼服全过程运动控制研究

2012年03月14日10:20:17 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：传感器

顾文锦，朱宇光，杨智勇，张远山
海军航空工程学院控制工程系，山东烟台

海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台

摘　　　要：为了实现下肢骨骼服的全过程运动控制，提出了对下肢骨骼服进行分阶段控制的策略。根据人体运动数据将下肢骨骼服的运动划分为摆动阶段和支撑阶段；根据这２个阶段的特点，摆动阶段采用灵敏度放大控制方法，支撑阶段采用位置控制方法，利用脚底压力传感器信号实现两种状态下控制器的切换。分阶段控制策略既利用了灵敏度放大控制的优点，避免了在使用者身上安装传感器的问题，同时又利用位置控制方法解决了模型不确定性较大的支撑阶段的控制。仿真结果证明，在设计的控制器作用下，下肢骨骼服能够准确迅速跟踪人的运动轨迹，并能提供运动所需的大部分力矩。

关　键　词：下肢骨骼服；ＣＧＡ数据；灵敏度放大；位置控制

１　引　言
将人的智能引入到机器人的控制中是机器人发展一个方向，并且这个方面已经取得很多成就。下肢骨骼服就是一种将人的智能和机械的机械能结合的特殊机器人，人们已经开发了许多骨骼服，较为成功的是加州大学伯克利分校开发的下肢骨骼服ＢＬＥＥＸ和日本筑波大学开发的ＨＡＬ。下肢骨骼服的研究取得了一定的成功，但其控制问题仍是需要解决的难题之一。灵敏度放大控制是伯克利下肢骨骼服采用的方法，优点是控制算法简单有效且不需在使用者身体上安装任何传感器，然而对模型不确定较大的被控对象效果较差［１］；ＨＡＬ采用的ＥＭＧ控制方法需要在使用者身上使用贴肌电传感器，使用不便，并且易受干扰［２３］；南阳理工大学下肢骨骼服采用ＺＭＰ算法，对模型依赖性强且计算量较大［４］。为了实现对骨骼服的控制，提出分阶段控制策略。根据人体行走数据将下肢骨骼服的运动阶段分为两个阶段，即摆动阶段和支撑阶段。对数学模型较为精确的摆动阶段采用灵敏度放大控制方法，对模型较为复杂的支撑阶段采用对模型具有很强鲁棒性的位置控制方法，并利用脚底压力信号实现下肢骨骼服运动状态的判断和控制器的切换。

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