机械工程学报

作者：汪步云, 王月朋, 梁艺, 汪志红, 季景, 许德章

单位：1. 安徽工程大学机械与汽车工程学院 芜湖 241000;2. 芜湖安普机器人产业技术研究院研发部 芜湖 241007;3. 高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室 芜湖 241000

关键词：外骨骼机器人,助行控制,关节运动,电液伺服驱动,误差估计；

基金：国家自然科学基金（61741101）、安徽省自然科学基金（1608085QF154）、安徽省科技攻关（1604a0902125）、安徽省重点研发计划（1804a09020036）、安徽省高校科学研究重大项目（KJ2018ZD014）、安徽工程大学创新团队、安徽工程大学人才科研启动基金（2017YQQ008）和芜湖市科技计划项目（2018yf55）资助项目。

针对人体下肢关节特点与助行要求，设计了外骨骼机器人关节结构；通过ADAMS软件仿真，分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求，根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统；为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求，提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数，优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程，对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证；划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射，给出误差估计与补偿PID控制的具体参数；分别从关节跟踪与助力功率的角度，量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明，所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走；对比常规PID控制，抑制了关节驱动控制输出区间的不连续，改善了关节跟踪误差，提升了助力效果与柔顺性。

来源：2019年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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