下肢助力外骨骼机器人自适应阻抗控制研究.pdf

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1、第45卷第4期电子科技大学学报Vo1．45NO．42016年7月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaJu1．2016下肢助力外骨骼机器人自适应阻抗控制研究邱静，陈启明，卢军，程洪，黄瑞(电子科技大学机械电子工程学院成都611731)【摘要】当前用于人体运动增强的下肢助力外骨骼系统获得越来越多的关注。获取高精度跟随控制是下肢助力外骨骼机器人研制的主要挑战。针对当前基于位置的控制算法需要复杂的外骨骼动力学模型的问题，该文提出了基于增强学习的变参数阻抗控制算法。首先介绍了HUALEX助力外骨骼系统并对H

2、UALEX建立简单动力学模型。基于此，提出一种基于增强学习的自适应阻抗控制算法，验证了阻抗参数对控制效果的影响，并通过仿真实验验证了该算法的有效性。关键词自适应阻抗控制；阻抗控制；动力学模型；下肢助力外骨骼：增强学习中图分类号TP24文献标志码Adoi：10．3969~．issn．1001．0548．2016．04．022Learning-BasedAdaptiveImpedanceControlforaHuman—PoweredAugmentationLowerExoskeletonQIUJing，CHENQi—ming，LUJun，CHENGHong，andHUANGRu

3、i(SchoolofMechatronicsEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaChengdu611731)AbstractAlearning．basedadaptiveimpedancecontrolalgorithmforahuman．poweredaugmentationlowerexoskeleton(HUALEX)ispresented．TheHUALEXsystemarchitectureisintroducedfirst，whichisdividedintothreeparts

4、includingthemechanicalsubsystems．thesensingsubsystemandthecontrolsubsystem．Byusingimpedancecontrolmethod．theinversedynamicsmodelofHUALEXisestablishedandthecontrolefectofimpedanceparametersisstudied．Andthen．areinforcementlearning．basedadaptiveimpedancecontrolalgorithm，includingthereinforceme

5、ntlearning，PI(policyimprovementwithpathintegrals)learningalgorithmandadaptiveimpedancecontro1．iSproposed．TheeffectivenessofthealgorithmiSverifiedsimulationexperiment．Keywordsadaptiveimpedancecontrol；dynamicsmodel；impedancecontrol；human．poweredaugmentationlowerexoskeleton；reinforcementlearni

6、ng下肢助力外骨骼机器人是一种新型的可穿戴式技术的不断进步，出现了一些比较成功的下肢外骨智能设备，它将机械系统的“体力”和人类的“智骼机器人。其中最典型的是美国伯克利大学的力”集成到一个系统中，机械系统成为人身体的一BLEEX系统【lJ，BLEEX系统由两条仿生机械腿、部分，这样穿戴者就能够完成仅凭人体自身条件无液压驱动系统、电源模块和超过30个传感器的感知法完成的任务，提高人体的运动能力和负重能力。系统组成。这套外骨骼机器人系统可以帮助人体在下肢助力外骨骼机器人与其他机器人相比，最大的负重45kg的同时以2m／s的速度前进。日本筑波大学不同在于，“人”属于机器人的一部分而不

7、独立于机开发的HAL系列下肢外骨骼制，最早是应用于医护器人存在，人体与外骨骼之间有实在的物理接触。人员在照顾病人时，能够帮助医护人员进行助力辅在医疗康复、紧急救灾、军事作战等领域，下肢助助作用，通过外骨骼的帮助，医护人员可以轻松抱力外骨骼机器人都有着非常广阔的应用前景。起病人，帮助日常生活有困难的病人。国内也有一最早出现的外骨骼机器人是美国通用公司在些高校或机构在进行外骨骼机器人的研究工作，如1960年研制的哈迪曼。当时由于科学技术还不够发中国科学院合肥智能机械研究所的助老助残外骨骼达，计算机技术、材料