下肢缆索驱动外骨骼的闭环控制设计与电机分配：一种切换系统方法
系统与控制
2021-04-29 v1 系统与控制
摘要
动力下肢外骨骼为运动障碍个体在行走期间提供协调肢体运动的辅助扭矩。传感与驱动方面的进展改善了最先进行走外骨骼的穿戴性与便携性。缆索驱动外骨骼将执行器远离使用者卸载，从而造就轻量装置以促进运动训练。然而，若张力未精确控制，缆索驱动机构会出现松弛行为。此外，主动肌与拮抗肌电机之间可能产生抵消力，导致不期望的关节运动。本文的策略是开发两层控制以改善缆索驱动外骨骼的性能。首先，采用高增益鲁棒方法设计关节跟踪控制器以跟踪期望的膝与髋轨迹。其次，提出电机同步目标以缓解驱动各关节的一对电机之缆索松弛效应。针对电机同步目标设计滑模鲁棒控制器。基于 Lyapunov 的稳定性分析被建立，以保证关节跟踪的一致最终有界结果及电机同步目标的指数跟踪。此外，平均驻留时间分析提供了在驱动各关节的电机间分配控制时电机切换次数的界。一名健康个体的实验结果说明了所开发控制方法的可行性。
引用
@article{arxiv.2104.13895,
title = {Closed-loop Control Design and Motor Allocation for a Lower-limb Cable-driven Exoskeleton: A Switched Systems Approach},
author = {Chen-Hao Chang and Jonathan Casas and Victor H. Duenas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.13895},
year = {2021}
}