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题名基于反步法的下肢外骨骼机器人控制研究
被引量:1
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作者
苏东海
王海啸
梁全
郭新博
王忠伟
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机构
沈阳工业大学机械工程学院
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出处
《机电工程》
CAS
北大核心
2024年第9期1692-1703,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51775354)。
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文摘
针对下肢外骨骼预定轨迹的控制问题,在构建了二自由度机械腿的运动学和动力学模型的基础上,提出了一种非对称液压缸负载力、伸缩量与外骨骼转动扭矩、运动角度的转化关系,采用反步法控制下肢外骨骼系统的运动轨迹。首先,采用D-H法建立了二自由度下肢外骨骼系统的运动学模型,研究了外骨骼末端执行器关节速度的变化关系,并利用拉格朗日动力学方程推导了外骨骼动力学的数学模型;然后,使用了液压缸负载力控制为机械腿运动提供了相应的扭矩,进而控制了下肢外骨骼的运动姿态;其次,针对下肢外骨骼运动时的高精度要求,利用反步法控制理论,建立了阀控非对称缸系统,结合下肢外骨骼动力学系统整体的状态空间方程,利用下肢外骨骼液压伺服系统控制了下肢外骨骼进行预定轨迹运动;最后,对AMESim软件与Visual Studio软件进行了联合仿真,对比分析了PID控制与反步法控制的精度问题。研究结果表明:针对下肢外骨骼预定轨迹控制,反步法控制误差最大值为2°,对比传统PID控制,误差降低了67%;设计的反步法控制器对于下肢外骨骼具有良好的控制精度。
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关键词
电液伺服系统
非对称液压缸
反步法控制
下肢外骨骼系统状态空间方程
D-H法
AMESIM
控制精度
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Keywords
electro-hydraulic servo system
asymmetric hydraulic cylinder
backstepping control
state space equation of lower limb exoskeleton system
Denavit-Hartenberg(D-H)method
AMESim
control accuracy
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分类号
TH77
[机械工程—仪器科学与技术]
TP242
[机械工程—精密仪器及机械]
TH137.5
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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