基于有限时间干扰预测的下肢外骨骼变刚度柔顺控制方法技术

技术编号:46560573 阅读:0 留言:0更新日期:2025-10-10 21:14
本发明专利技术涉及下肢外骨骼机器人控制技术,公开一种基于有限时间干扰预测的变刚度柔顺控制方法。步骤为:建立含人机交互力与外部干扰的下肢髋膝关节矢状面动力学模型;基于人机交互力与静态平衡力关系设计阻抗模型,输出参考角度轨迹;构造外环虚拟控制律;构建有限时间干扰观测器,在线辨识不可测干扰;利用前述结果,依据反馈线性化原理设计控制方法。该方法能提高下肢外骨骼髋膝关节响应柔顺性,避免因运动突变导致人机交互力骤增引发的人机协调问题,消除穿戴者关节损伤风险,增强控制鲁棒性,实现实时轨迹跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于下肢外骨骼机器人控制,具体涉及一种基于有限时间干扰预测的下肢外骨骼变刚度柔顺控制方法


技术介绍

1、近年来,随着人机工程学、机械设计以及电气系统领域技术的飞速发展,下肢外骨骼机器人作为一种创新型的可穿戴设备,正日益成为科研界与工业界共同关注的焦点。下肢外骨骼机器人的设计初衷在于通过与人体形成紧密的协同运动关系,为穿戴者提供必要的辅助动力支持,从而显著提升穿戴者的体能续航能力,使其在长时间或高强度的任务中仍能保持良好的工作状态。

2、然而,要实现下肢外骨骼机器人的高效、精确且柔顺的控制,一直是该领域技术发展的关键挑战。目前,传统的下肢外骨骼控制方法,如基于位置的控制策略和基于力的控制策略等,虽然在一定程度上能够满足基本的应用需求,但仍存在两大亟待解决的问题:

3、一方面,在人机协同运动的过程中,穿戴者与外骨骼机器人之间的交互干扰是一个不可忽视的因素。传统的控制方法往往缺乏有效的干扰辨识与补偿机制,仅能通过调整底层控制器的参数来进行部分优化,这无法从根本上解决交互干扰带来的控制精度下降和稳定性问题。>

4、另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.基于有限时间干扰预测的下肢外骨骼变刚度柔顺控制方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,依据拉格朗日建模方法,建立表征含人机交互力与外部干扰的下肢髋膝关节矢状面运动动力学模型:

3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,依据人机交互力与静态平衡力之间的动态关系,构造基于刚度、阻尼的阻抗模型,输出柔性目标导向下的参考角度轨迹:

4.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,基于所述参考角度轨迹利用反馈原理设计外环角度回路的虚拟控制律:

5.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,依据所述下肢髋膝关节矢状...

【技术特征摘要】

1.基于有限时间干扰预测的下肢外骨骼变刚度柔顺控制方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,依据拉格朗日建模方法,建立表征含人机交互力与外部干扰的下肢髋膝关节矢状面运动动力学模型:

3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,依据人机交互力与静态平衡力之间的动态关系,构造基于刚度、阻尼的阻抗模型,输出柔性目标导向下的参考角度轨迹:

4.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,基于所述参考角度轨迹利用反馈原理设计外环角度回路的虚拟控制律:

5.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,依据所述下肢髋膝关节矢状面运...

【专利技术属性】
技术研发人员:张文豪纪平鑫莫新民宋鹏李瀚哲张欣亮
申请(专利权)人:西北机电工程研究所
类型:发明
国别省市:

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