下肢康复机器人步态轨迹自适应控制-论文.pdf

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1、第35卷第9期仪器仪表学报Vo1．35No．92014年9月ChineseJournalofScientificInstrumentSep．2014下肢康复机器人步态轨迹自适应控制李峰，吴智政，钱晋武(上海大学精密机械工程系上海200072)摘要：设计了一种基于鲁棒PID控制器的下肢康复机器人步态轨迹自适应协作控制方法。首先，利用逆系统解耦理论及下肢康复机器人动力学模型，将机器人系统解耦成2个独立的二阶积分系统。其次，考虑到系统模型的不确定性，在解耦后的系统模型基础上，通过将鲁棒PID控制器的设计问题转化为一个多目标／H静态输出反馈

2、优化问题，设计优化的鲁棒PID位置控制器，并在此基础上进一步提出了一种依据患者主动力的步态轨迹自适应协调控制方法。最后，在MATLAB．Simulink和Ad—alms联合仿真环境中对所设计的控制器性能进行仿真验证，并在实物样机中对健康训练者进行了步态轨迹自适应的主动训练实验。仿真和实验结果表明，基于设计的鲁棒PID控制器的步态自适应协调控制方法能在模型不确定的情况下保证系统的稳定性，并实现期望的关节轨迹的自适应调整和跟踪，以满足患者主动参与康复训练的目的。关键词：下肢康复机器人；鲁棒PID控制；多目标／H优化；步态轨迹自适应中图分

3、类号：TH789文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．80TrajectoryadaptationcontrolforlowerextremityrehabilitationrobotLiFeng，WuZhizheng，QianJinwu(DepartmentofPrecisionMechanicalEngineering，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Inthispaper，gaittrajectoryadaptivecontrolmethodforlowe

4、rextremityrehabilitationrobot(LERR)isdesignedbasedonrobustPIDcontroller．Firstly，UsinginversesystemdeeouplingtheoryandthedynamicmodelofLERR，theLERRsystemisdecoupledintotwoindependentsecond—orderintegralsub—systems．Secondly，consideringtheuncertaintyofthesystemmodel，thero

5、bustPIDcon-trollerdesignproblemisconvertedintoamulti—objective／Hstaticoutputfeedbackoptimizationproblembasedonthedecoupledsys—temmodel，andtheoptimizedrobustPIDpositioncontrollerisdesigned．Then，basedonaboveagaitt阳jectoryadaptiveCO—operativecontrolalgorithmisfurtherdevel

6、oped．Finally，theperformanceofthedesignedcontrollerwasverifiedintheMATLAB／SimulinkandAdamsCO—simulationenvironment；andinaprototypeexperimentsystem，thegaittrajectoryadaptivetrainingtoahealthysubjectwasconducted．Simulationandexperimentresultsshowthatthedesignedgaittraject

7、oryadaptiveCO-operativecontrolstrategybasedonrobustPIDcontrollercallensurethesystemstabilityandachievethedesiredjointtrajectorytrackingperformanceevenundersystemmodelun-certaintycondition，andachievethepurposethatthepatientsparticipateintherehabilitationtrainingcooperat

8、ively．Keywords：lowerextremityrehabilitationrobot；robustPIDcontrol；muhi—objectiveH2／Hoptimization；gaittrajectoryadapta