Closed-loop PD Iterative Control Method for Upper Limb Rehabilitation Exoskeleton Based on Human-robot Coupling Model

Abstract

摘要： 针对多关节上肢外骨骼重复性康复训练非线性求解困难问题，提出了一种闭环PD迭代学习控制方法。基于人体工学确定了六自由度上肢外骨骼康复机械臂的参数、自由度配置与关节运动范围。以人机交互力为耦合方式，建立了基于牛顿-欧拉法的人机耦合模型，完成了人机耦合动力学模拟分析。基于迭代学习控制理论提出外骨骼康复机械臂的闭环PD迭代学习控制方法，通过建模仿真分析了肩关节/肘关节迭代学习控制的轨迹误差、人机交互力和驱动力矩。第三次迭代后的轨迹误差小于0.05 rad，PD迭代学习控制器的输出对系统控制进行了有效的补偿，提高了系统状态的稳定性。研制了六自由度上肢外骨骼康复机械臂样机，开展试验测试。试验结果表明，随着控制试验在迭代域上的运行，系统的输出向着期望的系统状态转化，所提出的迭代学习控制算法可以提高上肢外骨骼康复训练重复性运动的控制精度，进而提高人机交互性能。