基于力信息的人机协调运动控制方法

为了改善人机协作过程中人机协调运动的稳定性与舒适性,提出一种可变阻尼导纳控制方法。针对操作者运动信息不确定和操作者手臂阻抗参数可变等特点,提出依据人机交互力的大小识别操作者的运动意图,进而改变控制系统虚拟阻尼参数值的方法,以实现对人体运动的快速响应。应用实验的方法确定了可变阻尼导纳控制方法的参数范围,为人机协调运动的理论研究提供了基础。实验证明,所提控制方法能够实现协调、柔顺的人机协调运动,提高了系统的稳定性和舒适性。

基于柔性人机接口的人机协调运动控制方法

为改善基于力信息的人机协调运动中人机交互力,采用了在人机接口中设置弹性元件的方法,建立了具有柔性人机接口的人机交互力学模型。在已有鲁棒自适应阻抗控制方法的基础上进行改进,提出了一种基于柔性人机接口的自适应阻抗控制方法。此控制方法是对阻抗外环位置速度进行比例补偿,对力控制内环采用模糊PID(proportion integral differential)控制,实现改进自适应阻抗算法,从而提高了位置跟随精度,并有效减小了人机交互力。分析了人机接口中弹性元件对控制效果的影响,获得了不同刚度系数时,交互力控制效果和位置跟随精度。在此基础上,建立了试验系统,完成了试验。人机协调运动试验结果显示:应用柔性人机接口和改进后的控制方法具有更好的人机交互力控制效果。标准运动输入试验结果显示:改进后的控制方法具有更好的人机交互力控制效果和更高的位置跟随精度;人机交互力大小、位置跟踪准确性与人机接口刚度系数大小均成正比。

下肢外骨骼液压控制系统仿真与性能试验

研究下肢外骨骼携行助力系统控制问题,利用液压阀控制机理,建立了液压位置控制回路,用PID与超前校正网络相结合的方法进行频域设计,通过对液压控制系统性能试验,对不同负载和不同油源压力以及不同运动模式下液压缸流量和压力进行仿真。仿真结果表明,组合控制方法能够对人正常行走时,膝关节角位移可满足人机协调运动要求。试验结果表明,下肢外骨骼携行助力系统采用阀控液压控制能够满足负载30kg低速平地行走、上下楼梯等动作要求。