面向康复外骨骼的串联弹性关节设计与控制

来源：机器人杂志2023年第5期北京时间：

作者：陈万鑫, 张弼, 张庆超, 姚杰, 赵明, 赵新刚

摘要：串联弹性关节为下肢康复外骨骼提供了柔顺化设计方案, 但其结构与控制的设计上仍存在诸多挑战。针对康复外骨骼的人机交互需求, 本文首先提出了一种集成了新型弹性元件的串联弹性关节, 该关节能够在实现结构柔顺性的同时, 根据外部载荷实现线性/非线性刚度切换。其次, 针对模块化关节建立了刚柔耦合动力学模型并对物理系统进行了分步解耦辨识。在模型预测控制框架下, 通过一种迭代线性化方法对非线性非凸优化问题进行控制算法设计。最后, 设计了多组轨迹跟踪实验、扰动实验, 并对系统控制带宽进行了讨论。实验结果表明, 所提出的控制方法在控制约束的条件下实现了不同参考轨迹的跟踪, 有效降低了控制能耗并抑制了外部扰动。

关键词：下肢康复外骨骼, 串联弹性驱动器, 模型预测控制