[发明专利]欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制方法及装置。该控制方法包括：建立物理模型；获得参考位移和实际位移；将实际位移和参考位移作为输入量，中层位置跟踪控制器的输出为虚拟的期望关节驱动力矩；将期望关节力矩转化为期望液压缸输出力，将期望液压缸输出力和实际液压缸输出力作为输入量，将流量转化为电液伺服阀的驱动电压，驱动电压控制液压缸的输出力，带动欠驱动单腿助力外骨骼的各个关节旋转。本发明在液压缸数目少于外骨骼运动自由度数目的情况下，有效克服了欠驱动液压单腿助力外骨骼的多关节强耦合、液压驱动器的高阶非线性和模型不确定性的影响，实现了液压助力外骨骼对人运动的良好跟随和助力效果。

技术领域

本发明涉及可穿戴技术领域的一种外骨骼的控制方法，尤其涉及一种欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制方法，还涉及一种欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制装置。

背景技术

可穿戴下肢助力外骨骼机器人是一种模仿人体下肢结构，增强穿戴者行走耐久性、行走速度、负重能力等体能的智能人机一体化装置，在抢险救灾，建筑作业、提高单兵作战能力等方面具有重要作用。外骨骼与人的组合能适应非结构化的环境，拥有极好的灵活性，可以完成一些复杂的工作，这是其他完全机械设备所无法比拟的。液压驱动器由于功率重量比大，且能输出足够大的力，因而非常适用于下肢助力外骨骼这种结构紧凑且重载的系统中。

全驱外骨骼系统由于包含多个驱动器，因而存在自重过大和能耗过高的问题，这会限制系统的负重能力和便携式能源供应系统的续航能力。为进一步降低助力外骨骼机器人的重量和能耗，增强人体运动的灵活性，欠驱液压助力外骨骼机器人逐渐被提出。与全驱外骨骼相比，欠驱外骨骼由于缺少控制输入，导致全驱外骨骼的控制方法不能直接用于欠驱外骨骼系统中。另外，由于液压驱动外骨骼系统的动力学阶数高于电机驱动外骨骼，其控制算法设计会更具挑战性。且多关节欠驱液压外骨骼系统本身具有强耦合高阶非线性以及各种模型不确定性，因此对控制算法的鲁棒性能要求较高。而现有的欠驱外骨骼控制方法主要针对的是电机驱动外骨骼系统，且都只涉及欠驱动外骨骼的初步控制，其动力学模型或控制算法都进行了简化处理，导致系统的鲁棒性能不强。

发明内容

为解决现有的欠驱动液压外骨骼的控制方法的系统鲁棒性能不强的技术问题，本发明提供一种欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制方法及装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种欠驱动液压单腿助力外骨骼的自适应鲁棒控制方法，所述欠驱动液压单腿助力外骨骼包括：

脚部；

第一杆件，其底端与所述脚部连接；

第二杆件，其底端与所述第一杆件的顶端转动连接；

膝关节液压缸，其用于驱使所述第一连杆与所述第二杆件产生相对转动；

膝关节液压缸上腔压力传感器，其安装在所述膝关节液压缸的上腔；

膝关节液压缸下腔压力传感器，其安装在所述膝关节液压缸的下腔；

膝关节编码器，其安装在所述膝关节液压缸上，并用于驱动所述膝关节液压缸；

背板，其与所述第二杆件的顶端转动连接；

髋关节液压缸，其用于驱使所述背板与所述第二杆件产生相对转动；

髋关节液压缸上腔压力传感器，其安装在所述髋关节液压缸的上腔；

髋关节液压缸下腔压力传感器，其安装在所述髋关节液压缸的下腔；

髋关节编码器，其安装在所述髋关节液压缸上，并用于驱动所述髋关节液压缸；

力传感器，其安装在所述背板上；

背部绑带，其两端连接在所述背板上端；

腰部绑带，其两端连接在所述背板下端；以及