机器人

作者：陈朝峰, 杜志江, 张慧, 董为

关键词：下肢外骨骼, 柔性驱动关节, 双模态切换控制, 人机交互

为了提高外骨骼关节柔性以及穿戴舒适性，设计了基于柔性驱动关节的可穿戴式下肢外骨骼，同时针对下肢外骨骼在控制的不同相位阶段其侧重点不同的特点，提出基于双模态切换的混合控制策略．首先，针对下肢外骨骼关节的柔性问题，设计了基于双平行弹簧的串联弹性体，并将其安装于外骨骼关节驱动模块，通过双编码器实现关节力矩和位置信息的反馈．然后，分析外骨骼在不同步态相位的运动特征，提出了双模态切换控制策略，即支撑相采用自适应阻抗控制算法来提高稳定性和抗冲击能力，摆动相采用自抗扰－终端滑模控制算法来提高响应速度和跟踪精度．最后，通过控制仿真和主被动跟踪实验，验证了本文算法相较于传统PID（比例－积分－微分）和自抗扰控制算法的优越性．被动跟踪实验结果说明当关节误差收敛范围在±5%时，收敛时间可达0.28：s；在主动跟踪实验中，实验人员穿戴外骨骼时髋关节和膝关节最大均方根误差分别为0.47°和1.28°，说明本文控制算法可以实时跟踪人体运动意图，满足人机交互柔顺性需求．

来源：2021年第5期

《机器人》期刊编辑部

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