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Flatness Control with Cascaded Filtered High-Gain and Disturbance Observers for Rehabilitation Exoskeletons
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作者 Sahbi Boubaker Salim Hadj Said +1 位作者 Souad Kamel Habib Dimassi 《Computers, Materials & Continua》 2025年第12期5703-5721,共19页
Accurate trajectory tracking in lower-limb exoskeletons is challenged by the nonlinear,time-varying dynamics of human-robot interaction,limited sensor availability,and unknown external disturbances.This study proposes... Accurate trajectory tracking in lower-limb exoskeletons is challenged by the nonlinear,time-varying dynamics of human-robot interaction,limited sensor availability,and unknown external disturbances.This study proposes a novel control strategy that combines flatness-based control with two cascaded observers:a high-gain observer to estimate unmeasured joint velocities,and a nonlinear disturbance observer to reconstruct external torque disturbances in real time.These estimates are integrated into the control law to enable robust,state-feedback-based trajectory tracking.The approach is validated through simulation scenarios involving partial state measurements and abrupt external torque perturbations,reflecting realistic rehabilitation conditions.Results confirm that the proposed method significantly enhances tracking accuracy and disturbance rejection capability,demonstrating its strong potential for reliable and adaptive rehabilitation assistance. 展开更多
关键词 exoskeleton control rehabilitation robot trajectory tracking state and disturbance estimation cascade observer
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Integrated Observer-based Fixed-time Control with Backstepping Method for Exoskeleton Robot 被引量:2
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作者 Gao-Wei Zhang Peng Yang +2 位作者 Jie Wang Jian-Jun Sun Yan Zhang 《International Journal of Automation and computing》 EI CSCD 2020年第1期71-82,共12页
To achieve the fast convergence and tracking precision of a robotic upper-limb exoskeleton,this paper proposes an observer-based integrated fixed-time control scheme with a backstepping method.Firstly,a typical 5 DoF(... To achieve the fast convergence and tracking precision of a robotic upper-limb exoskeleton,this paper proposes an observer-based integrated fixed-time control scheme with a backstepping method.Firstly,a typical 5 DoF(degrees of freedom)dynamics is constructed by Lagrange equations and processed for control purposes.Secondly,second-order sliding mode controllers(SOSMC)are developed and novel sliding mode surfaces are introduced to ensure the fixed-time convergence of the human-robot system.Both the reaching time and settling time are proved to be bounded with certain values independent of initial system conditions.For the purpose of rejecting the matched and unmatched disturbances,nonlinear fixed-time observers are employed to estimate the exact value of disturbances and compensate the controllers online.Ultimately,the synthesis of controllers and disturbance observers is adopted to achieve the excellent tracking performance and simulations are given to verify the effectiveness of the proposed control strategy. 展开更多
关键词 Upper-limb exoskeleton sliding mode control(SMC) fixed-time control disturbance observe BACKSTEPPING
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Control method for exoskeleton ankle with surface electromyography signals
3
作者 张震 王震 +1 位作者 蒋佳芯 钱晋武 《Journal of Shanghai University(English Edition)》 CAS 2009年第4期270-273,共4页
This paper is concerned with a control method for an exoskeleton ankle with electromyography (EMG) signals. The EMG signals of human ankle and the exoskeleton ankle are introduced. Then a control method is proposed ... This paper is concerned with a control method for an exoskeleton ankle with electromyography (EMG) signals. The EMG signals of human ankle and the exoskeleton ankle are introduced. Then a control method is proposed to control the exoskeleton ankle using the EMG signals. The feed-forward neural network model applied here is composed of four layers and uses the back-propagation training algorithm. The output signals from neural network are processed by the wavelet transform. Finally the control orders generated from the output signals are passed to the motor controller and drive the exoskeleton to move. Through experiments, the equality of neural network prediction of ankle movement is evaluated by giving the correlation coefficient. It is shown from the experimental results that the proposed method can accurately control the movement of ankle joint. 展开更多
关键词 electromyography (EMG) exoskeleton ankle neural network control method
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Adaptive Robust Control with Leakage-Type Control Law for Trajectory Tracking of Exoskeleton Robots
4
作者 Jin Tian Xiulai Wang +1 位作者 Ningling Ma Yutao Zhang 《Advances in Internet of Things》 2024年第3期53-66,共14页
This paper investigates the trajectory following problem of exoskeleton robots with numerous constraints. However, as a typical nonlinear system with variability and parameter uncertainty, it is difficult to accuratel... This paper investigates the trajectory following problem of exoskeleton robots with numerous constraints. However, as a typical nonlinear system with variability and parameter uncertainty, it is difficult to accurately achieve the trajectory tracking control for exoskeletons. In this paper, we present a robust control of trajectory tracking control based on servo constraints. Firstly, we consider the uncertainties (e.g., modelling errors, initial condition deviations, structural vibrations, and other unknown external disturbances) in the exoskeleton system, which are time-varying and bounded. Secondly, we establish the dynamic model and formulate a close-loop connection between the dynamic model and the real world. Then, the trajectory tracking issue is regarded as a servo constraint problem, and an adaptive robust control with leakage-type adaptive law is proposed with the guaranteed Lyapunov stability. Finally, we conduct numerical simulations to verify the performance of the proposed controller. 展开更多
关键词 Trajectory Tracking Adaptive Robust control exoskeleton Robots UNCERTAINTIES
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最优模糊理论的下肢机器人自适应鲁棒控制
5
作者 陈元富 贺元成 《机械设计与制造》 北大核心 2026年第2期298-308,共11页
为了解决不确定性和外部干扰,提出了一种基于最优模糊理论的下肢外骨骼机器人自适应鲁棒控制方法。首先提出一种自适应鲁棒控制,保证系统的一致有界性和一致最终有界性。然后采用模糊集理论来描述不确定性和干扰,并用隶属函数确定这些... 为了解决不确定性和外部干扰,提出了一种基于最优模糊理论的下肢外骨骼机器人自适应鲁棒控制方法。首先提出一种自适应鲁棒控制,保证系统的一致有界性和一致最终有界性。然后采用模糊集理论来描述不确定性和干扰,并用隶属函数确定这些不确定性和干扰的界。在此基础上,构造一个包含平均模糊系统性能和控制代价的模糊性能指标,求出自适应鲁棒控制的最优控制增益,并从理论上验证了最优控制增益的存在性。最后,通过仿真结果证明了提出方法可以同时实现高精度跟踪控制和良好的不确定性鲁棒控制。 展开更多
关键词 不确定性 下肢外骨骼机器人 鲁棒控制 模糊集理论
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基于肌电信号的下肢康复外骨骼智能控制设计
6
作者 杨晓晶 《智能物联技术》 2026年第2期108-112,共5页
针对下肢康复训练对智能化辅助的需求,研究肌电信号驱动的外骨骼智能控制系统。阐述肌电信号采集、特征提取与降维、动作意图建模及控制映射机制的设计方法,介绍自适应模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制策... 针对下肢康复训练对智能化辅助的需求,研究肌电信号驱动的外骨骼智能控制系统。阐述肌电信号采集、特征提取与降维、动作意图建模及控制映射机制的设计方法,介绍自适应模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制策略与实时执行方案。构建实验平台进行性能测试,结果表明,所提系统的识别准确率达到94.8%,平均响应时间为51 ms,具备较高的实时性与稳定性,可有效支撑下肢康复过程中的人机协同控制。 展开更多
关键词 肌电信号 外骨骼控制 意图识别 康复机器人
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下肢康复外骨骼机器人新型固定时间滑模控制
7
作者 孙哲 黄凡杰 +3 位作者 周袁 陈博 赵晴宇 王海 《控制理论与应用》 北大核心 2026年第2期377-387,共11页
本文针对下肢康复外骨骼机器人的步态轨迹跟踪问题提出了一种新型固定时间收敛滑模控制方法.首先,通过机理分析实现下肢康复外骨骼机器人动力学建模;其次,设计了一种新型非奇异快速终端滑动面,实现固定时间收敛,有效提升收敛速度.基于... 本文针对下肢康复外骨骼机器人的步态轨迹跟踪问题提出了一种新型固定时间收敛滑模控制方法.首先,通过机理分析实现下肢康复外骨骼机器人动力学建模;其次,设计了一种新型非奇异快速终端滑动面,实现固定时间收敛,有效提升收敛速度.基于此滑动面设计了针对下肢康复外骨骼机器人的新型滑模控制策略,运用Lyapunov判据证明了控制系统的稳定性和全局固定时间收敛特性;最后,通过下肢康复外骨骼机器人实验平台对所提控制方法进行实验验证.实验结果表明,本文所提的控制方法能实现下肢外骨骼轨迹跟踪误差的快速收敛,使稳态误差维持在1◦左右,具备应对不同重量(61 kg和80 kg)穿戴者和不同步速(步态周期为8 s和6 s)参考轨迹的强鲁棒性,并且对抖振现象具有一定的抑制作用. 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼 滑模控制 步态轨迹跟踪 固定时间收敛
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上肢外骨骼康复机器人控制系统设计与仿真
8
作者 秦洪燕 朱学军 +1 位作者 马心知 刘思鹏 《机械设计与制造》 北大核心 2026年第1期301-305,共5页
以三自由度上肢外骨骼康复机器人为研究对象,依据标准D-H参数法、空间位姿变换理论以及拉格朗日法推导机器人正逆运动学和动力学数学模型。应用模块化设计思想,采用Simulink平台搭建机器人末端直线运动轨迹、直流电机以及PID控制器、正... 以三自由度上肢外骨骼康复机器人为研究对象,依据标准D-H参数法、空间位姿变换理论以及拉格朗日法推导机器人正逆运动学和动力学数学模型。应用模块化设计思想,采用Simulink平台搭建机器人末端直线运动轨迹、直流电机以及PID控制器、正逆运动学等模块。最后完成上肢外骨骼康复机器人运动控制系统仿真模型的搭建,通过仿真结果表明,所设计的上肢外骨骼康复机器人运动控制系统能够准确控制各关节按照预设轨迹运动。 展开更多
关键词 上肢外骨骼 标准D-H参数法 模块 SIMULINK 控制系统 仿真
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智能制造驱动下康复机器人的技术突破与发展路径综述
9
作者 张铭命 杨澄 孙陈杰 《智能制造》 2026年第1期63-70,共8页
随着人工智能、柔性传感与驱动技术的快速发展,康复与辅助机器人正从传统的功能替代模式向人机智能协同模式跨越。本文围绕多模态意图识别、自适应控制策略、人机安全交互等核心技术,阐述其在技术层面的突破进展。结合卒中康复、脊髓损... 随着人工智能、柔性传感与驱动技术的快速发展,康复与辅助机器人正从传统的功能替代模式向人机智能协同模式跨越。本文围绕多模态意图识别、自适应控制策略、人机安全交互等核心技术,阐述其在技术层面的突破进展。结合卒中康复、脊髓损伤辅助、神经假肢等典型临床场景,分析康复与辅助机器人在提升康复效果和帮助患者重建运动功能方面的实际价值。针对医疗场景的特殊性,深入探讨高可靠性核心部件、临床转化、数据安全及法规等在智能制造过程中面临的问题,并提出“技术-临床-产业”协同优化的解决路径,为我国智能康复装备实现自主化发展及走向全球市场提供参考。 展开更多
关键词 康复机器人 人机交互 意图识别 自适应控制 外骨骼 脑机接口 智能制造
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A Review on Lower Limb Rehabilitation Exoskeleton Robots 被引量:61
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作者 Di Shi Wuxiang Zhang +1 位作者 Wei Zhang Xilun Ding 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期2-12,共11页
Lower limb rehabilitation exoskeleton robots integrate sensing, control, and other technologies and exhibit the characteristics of bionics, robotics, information and control science, medicine, and other interdisciplin... Lower limb rehabilitation exoskeleton robots integrate sensing, control, and other technologies and exhibit the characteristics of bionics, robotics, information and control science, medicine, and other interdisciplinary areas. In this review, the typical products and prototypes of lower limb exoskeleton rehabilitation robots are introduced and stateof-the-art techniques are analyzed and summarized. Because the goal of rehabilitation training is to recover patients’ sporting ability to the normal level, studying the human gait is the foundation of lower limb exoskeleton rehabilitation robot research. Therefore, this review critically evaluates research progress in human gait analysis and systematically summarizes developments in the mechanical design and control of lower limb rehabilitation exoskeleton robots. From the performance of typical prototypes, it can be deduced that these robots can be connected to human limbs as wearable forms;further, it is possible to control robot movement at each joint to simulate normal gait and drive the patient’s limb to realize robot-assisted rehabilitation training. Therefore human–robot integration is one of the most important research directions, and in this context, rigid-flexible-soft hybrid structure design, customized personalized gait generation, and multimodal information fusion are three key technologies. 展开更多
关键词 control method LOWER LIMB exoskeleton Mechanical design REHABILITATION ROBOT
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Development of a Hand Exoskeleton System for Index Finger Rehabilitation 被引量:14
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作者 LI Jiting WANG Shuang +3 位作者 WANG Ju ZHENG Ruoyin ZHANG Yuru CHEN Zhongyuan 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第2期223-233,共11页
In order to overcome the drawbacks of traditional rehabilitation method,the robot-aided rehabilitation has been widely investigated for the recent years.And the hand rehabilitation robot,as one of the hot research fie... In order to overcome the drawbacks of traditional rehabilitation method,the robot-aided rehabilitation has been widely investigated for the recent years.And the hand rehabilitation robot,as one of the hot research fields,remains many challenging issues to be investigated.This paper presents a new hand exoskeleton system with some novel characteristics.Firstly,both active and passive rehabilitative motions are realized.Secondly,the device is elaborately designed and brings advantages in many aspects.For example,joint motion is accomplished by a parallelogram mechanism and high level motion control is therefore made very simple without the need of complicated kinematics.The adjustable joint limit design ensures that the actual joint angles don't exceed the joint range of motion(ROM) and thus the patient safety is guaranteed.This design can fit to the different patients with different joint ROM as well as to the dynamically changing ROM for individual patient.The device can also accommodate to some extent variety of hand sizes.Thirdly,the proposed control strategy simultaneously realizes the position control and force control with the motor driver which only works in force control mode.Meanwhile,the system resistance compensation is preliminary realized and the resisting force is effectively reduced.Some experiments were conducted to verify the proposed system.Experimentally collected data show that the achieved ROM is close to that of a healthy hand and the range of phalange length(ROPL) covers the size of a typical hand,satisfying the size need of regular hand rehabilitation.In order to evaluate the performance when it works as a haptic device in active mode,the equivalent moment of inertia(MOI) of the device was calculated.The results prove that the device has low inertia which is critical in order to obtain good backdrivability.The experiments also show that in the active mode the virtual interactive force is successfully feedback to the finger and the resistance is reduced by one-third;for the passive control mode,the desired trajectory is realized satisfactorily. 展开更多
关键词 exoskeleton hand rehabilitation Bowden-cable transmission active control mode passive control mode
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NOVEL 6-DOF WEARABLE EXOSKELETON ARM WITH PNEUMATIC FORCE-FEEDBACK FOR BILATERAL TELEOPERATION 被引量:3
12
作者 ZHANG Jiafan FU Hailun +3 位作者 DONG Yiming ZHANG Yu YANG Canjun CHEN Ying 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第3期58-65,共8页
A particular emphasis is put on a novel wearable exoskeleton arm, ZJUESA, with 6 degrees of freedom, which is used for the robot teleoperation with the force-feedback in the unknown environment. In this external struc... A particular emphasis is put on a novel wearable exoskeleton arm, ZJUESA, with 6 degrees of freedom, which is used for the robot teleoperation with the force-feedback in the unknown environment. In this external structure mechanism, the 3-revolution-prismatic-spherical (3RPS) parallel mechanism is devised from the concept of the human upper-limb anatomy and applied for the shoulder 3-DOF joint. Meanwhile, the orthogonal experiment design method is introduced for its optimal design. Aiming at enhancing the performance of teleoperation, the force feedback is employed by the pneumatic system on ZJUESA to produce the vivid feeling in addition to the soft control interface. Due to the compressibility and nonlinearity of the pneumatic force feedback system, a novel hybrid fuzzy controller for the precise force control is proposed and realized based on the Mega8 microcontroller units as the units of the distributed control system on ZJUESA. With the results of several experiments for master-slave control with force feedback, the feasibility of ZJUESA system and the effect of its hybrid fuzzy controller are verified. 展开更多
关键词 exoskeleton arm TELEOPERATION Pneumatic force-feedback Hybrid fuzzy control
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髋关节外骨骼导纳参数对偏瘫步态康复的影响 被引量:1
13
作者 杨巍 方炯杰 +3 位作者 颜泽皓 桂梁鸿 杨灿军 胡东明 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期640-650,共11页
步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征,研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性.导纳控制是一种经典的柔顺控制方法,而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼,未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体... 步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征,研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性.导纳控制是一种经典的柔顺控制方法,而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼,未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体的步态对称性恢复是有帮助的.为满足偏瘫患者步态恢复和人机交互柔顺性的需求,本研究设计开发了单侧髋关节外骨骼及导纳控制系统,并通过动力学建模和控制系统仿真得到导纳参数对外骨骼柔顺程度的影响规律.通过对比真实患者和模拟偏瘫患者的步态特征,本研究验证了在小腿绑缚体重10%重物的人工阻碍的有效性.本研究以8名健康人为实验对象,在实时运动分析与训练交互实验室平台上进行了正常行走实验、穿戴人工阻碍的模拟偏瘫患者行走实验、穿戴人工阻碍和外骨骼助力的10组不同导纳刚度步态恢复实验以及一致性验证实验.实验结果表明:单侧外骨骼导纳控制对步态对称性的改善有显著性效果(p<0.01),并且髋关节外骨骼导纳控制的刚度参数选择因个体差异而异,证明需要针对个体差异特性进行定制化刚度系数设计.本研究初步证明了通过调整刚度参数可以为存在个体差异的下肢步行功能障碍者提供步态辅助以改善其步态对称性,为后续进行在线导纳参数优化和实现个性化步态辅助研究奠定了基础. 展开更多
关键词 脑卒中 偏瘫 步态康复 下肢外骨骼 导纳控制
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面向外骨骼行走机器人的步态稳定性控制研究
14
作者 张凯 王云飞 +1 位作者 胡宽辉 梁明亮 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期320-325,331,共7页
针对多自由度全驱动下肢外骨骼行走机器人,基于行走外骨骼的质心(COM)和零力矩点(ZMP)之间的距离,提出了一种新的障碍势能函数来设计控制策略,将人体-机器人操作空间重新定义为人体自由区域和机器人受限区域,用于控制外骨骼遵循适当的... 针对多自由度全驱动下肢外骨骼行走机器人,基于行走外骨骼的质心(COM)和零力矩点(ZMP)之间的距离,提出了一种新的障碍势能函数来设计控制策略,将人体-机器人操作空间重新定义为人体自由区域和机器人受限区域,用于控制外骨骼遵循适当的人体工程学轨迹。为消除未知参数的影响,引入自适应控制方法,实现了人体和机器人区域之间的平滑运动过渡。最后,通过对下肢外骨骼行走机器人进行了平地步行和越障实验,结果表明所提出的控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 步态控制 越障 控制策略
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相容性下肢康复外骨骼设计与控制仿真
15
作者 王晓伟 陈旭 高胜鲁 《机械设计》 北大核心 2025年第10期75-85,共11页
针对下肢运动障碍患者康复需求,提出了一种相容性下肢康复外骨骼结构方案。结合人体下肢结构和运动机理进行了人机多环闭链机构自由度分析及外骨骼结构空间构型设计。分析步态周期各阶段人体下肢受力特点,建立了矢状面内外骨骼单、双腿... 针对下肢运动障碍患者康复需求,提出了一种相容性下肢康复外骨骼结构方案。结合人体下肢结构和运动机理进行了人机多环闭链机构自由度分析及外骨骼结构空间构型设计。分析步态周期各阶段人体下肢受力特点,建立了矢状面内外骨骼单、双腿支撑态动力学模型,并采用拉格朗日功能方程推导了其髋、膝关节驱动力矩函数表达式。设计对比了Fuzzy,PID和Fuzzy-PID这3种控制器,并采用MATLAB Simulink/ADAMS协同技术,以Fuzzy-PID控制为核心算法对外骨骼进行了运动控制仿真。仿真结果中,角度跟踪曲线表明,Fuzzy-PID控制效果良好,驱动力矩仿真与理论对比曲线验证了动力学建模的正确性和外骨骼结构方案的合理性。研究结果为下肢外骨骼样机驱动设计和控制提供了数据与理论基础。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 相容性 动力学 FUZZY-PID控制 MATLAB Simulink/ADAMS协同 仿真
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轮腿式外肢体跟随人体行走的控制方法研究
16
作者 向馗 马豪宇 +1 位作者 刘子豪 彭雅玲 《华中科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第11期69-73,共5页
针对平坦地形下人与外肢体协同行走的控制问题,提出一种双足轮腿式外肢体的运动跟踪控制策略.首先,采用零速检测法实现人体步态相位划分,并基于人体质心运动学模型在支撑相期间实时估算步行速度;然后,结合牛顿-欧拉法建立人体与外肢体... 针对平坦地形下人与外肢体协同行走的控制问题,提出一种双足轮腿式外肢体的运动跟踪控制策略.首先,采用零速检测法实现人体步态相位划分,并基于人体质心运动学模型在支撑相期间实时估算步行速度;然后,结合牛顿-欧拉法建立人体与外肢体的耦合动力学模型.系统状态向量包括外肢体前进速度、前向位移、俯仰角、俯仰角速度和弹簧阻尼器状态,控制输入为轮毂电机的驱动力矩.设计无约束模型预测控制器,构造包含状态跟踪误差与控制输入变化率的二次型性能指标函数,利用二次规划求解器在线优化控制序列.实验结果表明:该控制策略有效抑制了人机交互中的干扰,耦合力均方根误差由15 N显著下降至5 N;外肢体俯仰角跟踪误差稳定在0.02~0.16 rad之间,相较于无控制状态下降75%. 展开更多
关键词 人机协同 外肢体 步行速度估算 模型预测控制 最优控制
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形状记忆合金驱动的外骨骼设计与控制研究 被引量:1
17
作者 李忠凯 张佳琦 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第3期109-113,共5页
受限于驱动原理,主动外骨骼机器人体积大、结构复杂;被动外骨骼机器人助力能力较弱、不能主动调节功率密度与时间的匹配关系。针对上述问题,提出基于形状记忆合金丝(SMA)的半主动式踝关节外骨骼机器人。首先,分析人体步态进行过程中的... 受限于驱动原理,主动外骨骼机器人体积大、结构复杂;被动外骨骼机器人助力能力较弱、不能主动调节功率密度与时间的匹配关系。针对上述问题,提出基于形状记忆合金丝(SMA)的半主动式踝关节外骨骼机器人。首先,分析人体步态进行过程中的力和位移,确定设计参数;然后,对踝关节外骨骼机器人的整体与核心驱动源进行设计,构建基于形状记忆合金的半主动式踝关节外骨骼机器人,重约314 g,踝关节旋转15°;最后,通过实验研究,验证本外骨骼机器人能够储能1150 J,为踝关节提供有效助力。 展开更多
关键词 形状记忆合金 踝关节外骨骼机器人 开环控制 半主动外骨骼机器人
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结合Udwadia-Kalaba控制理论的下肢外骨骼步态轨迹跟踪控制 被引量:1
18
作者 肖志毅 沙连森 +3 位作者 邹学坤 黄锟 李永斌 刘斌 《西安交通大学学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期148-158,共11页
针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参... 针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参数确定外骨骼机器人系统理想运动轨迹约束下的名义部分控制力矩;为消除机器人系统不确定部分的影响,引入鲁棒控制器,通过划分不确定性边界确定其应输出的额外控制力矩。仿真结果表明:相较于传统PID算法,基于U-K控制理论的鲁棒控制的外骨骼机器人髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪控制精度分别提高了76.4%和96.8%。基于设计的下肢外骨骼机器人样机进行轨迹跟踪对比实验,实验结果表明:基于该方法的下肢外骨骼髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪精度为0.467 0°和0.114 1°,相比作为对照的PID算法,分别提高了82.6%和86.8%,同时系统整体控制周期缩短了56.6%,该控制方法具有更高的同步性、控制精度与稳定性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 Udwadia-Kalaba控制理论 鲁棒控制 轨迹跟踪控制
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