全方向康复步行训练机器人的输入输出线性化跟踪控制

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1、？，．、么开类号：ＴＰ＾３密级：ＵＯＣ１０１４２：单位代码：化復立寺夫寒硕去学位论文全方向康复步行训练机器人的输入输出线性化跟踪控制（錢／ＫｓＸ＾ｉｎ’２０号１３３７４学：作者：刘博学科名称：控制理论与控制工程２０１６年２月２９日沈阳工业大学硕士学位论文全方向康复步行训练机器人的输入输出线性化跟踪控制TheInputandOutputLinearizationTrackingControlofOmnidirection

2、alRehabilitativeTrainingWalker作者：刘博单位：信息科学与工程学院指导教师：孙平副教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2016年2月27日学位授予单位：沈阳工业大学魏创性说明．本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料一。与我同工作的同

3、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。。；之签名；刮诚日期关于学位论文使用授权的说明本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；学校有权保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权沈阳工业大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索、交流，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（備的论文在解密后应麵此规定）支。又；．签名；别４

4、导师签名辦日期；叫Ｉ摘要在人口老龄化问题日益严重、肢体损伤和步行障碍患者逐年增多的背景下，发展康复步行训练机器人已成为迫切需要。康复步行训练机器人是一个典型的多变量、强耦合的非线性系统，一方面在跟踪过程中存在X轴、Y轴和方向角各轨迹之间的强耦合问题,另一方面存在摩擦力、参数变化、负载变化和其他不确定干扰,使得康复步行训练机器人系统很难获得精确的跟踪效果。目前关于康复步行训练机器人轨迹跟踪已有很多研究成果，但是却忽略了速度跟踪，而速度跟踪能实现病人的运动强度，对步行能力的康复具有重要意义。本论

5、文将采用输入输出线性化方法，针对一种全方向康复步行训练机器人，解决运动速度和运动轨迹同时跟踪的控制问题，主要研究内容如下：在全方向康复步行训练机器人模型的基础上，采用输入输出线性化方法，利用全方向康复步行训练机器人的运动学和动力学模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程；设计速度跟踪控制器，实现各驱动轮运动速度的解耦控制；速度控制器结合非线性反馈控制律，实现了全方向康复步行训练机器人对运动轨迹的跟踪；仿真实验验证了提出的跟踪控制算法，解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪问题

6、。针对全方向康复步行训练机器人在使用中会遇到各种不确定性和外界干扰的问题，设计了一种干扰观测器，在线观测系统的不确定性和外界干扰；利用干扰观测值设计跟踪控制器，通过构造Lyapunov函数，对系统的稳定性进行了验证；仿真结果表明了在不确定性干扰的作用下，所提出的非线性干扰观测器和反馈线性化方法能同时实现全方向康复步行训练机器人的运动速度和运动轨迹跟踪。关键词：全方向康复步行训练机器人，输入输出线性化，速度跟踪，轨迹跟踪，干扰观测器IAbstractDuetotheseriousagingpopula

7、tionproblem,patientssufferingfromphysicalinjuryandwalkingdisordersincreasedyearbyyear,thedevelopmentofrehabilitationwalkingtrainingrobotisverynecessary.Therehabilitationwalkingtrainingrobotisatypicalmultivariable,strongcouplingnonlinearsystem.Ontheoneh

8、and,thestrongcouplingproblembetweentheXaxis,theYaxisandthedirectionangleofthetrackinthetrackingprocessispresent.Ontheotherhand,therearefriction,parameterchanges,loadchangesandotheruncertainties.Itisdifficulttoobtainaccuratetrackingresul