基于模糊补偿的康复机器人的自适应滑模控制研究.pdf
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1、第 卷第期年月计算技术与自动化C o m p u t i n gT e c h n o l o g ya n dA u t o m a t i o nV o l ,N o J u n 收稿日期:基金项目:江苏省青蓝工程资助项目;院级科技课题资助项目(KY )作者简介:张晨(),男,江苏南京人,硕士,讲师,研究方向:智能机器人控制.通信联系人,E m a i l:s e m i r_ y e a h n e t文章编号:()D O I:/j c n k i j s j s y z d h 基于模糊补偿的康复机器人的自适应滑模控制研究张晨,梁昕,臧琼(南京机电职业技术学院,江苏 南京 )摘要:针对
2、下肢外骨骼机器人不确定模型及摩擦因素的轨迹运动控制问题,提出了一种基于模糊补偿的自适应滑模控制(F C A S MC)方法.首先利用滑模控制思想设计非线性滑模面,设计滑模控制器实现系统的稳定性;接着采用模糊控制方法对其机器人中关节运动存在的未知摩擦项进行模糊补偿与逼近,减少未知摩擦项和外扰动等因素下对系统带来的稳定性影响;最后还采用了鲁棒项来消除补偿逼近误差所带来的影响,也可减少滑模方法所带来的抖振问题,从而使整个系统的稳定性进一步提高.最后,基于L y a p u n o v定理对所设计的控制器进行稳定性证明和仿真.仿真结果表明,设计的控制器可以很好地对不确定摩擦项进行补偿,机器人的关节运动
3、轨迹跟踪能实现全局跟踪,提高了在今后实际工程中的应用研究价值.关键词:下肢外骨骼机器人;模糊补偿;自适应滑模控制;摩擦项;轨迹跟踪中图分类号:T P 文献标识码:AA d a p t i v eS l i d i n gM o d eC o n t r o l f o rL o w e rL i m bE x o s k e l e t o nR o b o tB a s e do nF u z z yC o m p e n s a t i o nZ HANGC h e n,L I ANGX i n,Z ANGQ i o n g(N a n j i n gV o c a t i o n a l
4、 I n s t i t u t eo fm e c h a t r o n i c t e c h n o l o g y,N a n j i n g,J i a n g s u ,C h i n a)A b s t r a c t:A na d a p t i v e s l i d i n gm o d e c o n t r o l(F C A S MC)m e t h o db a s e do nf u z z yc o m p e n s a t i o n i sp r o p o s e df o r t h e t r a j e c t o r ym o t i o nc
5、 o n t r o lp r o b l e mo fu n c e r t a i nm o d e la n df r i c t i o nf a c t o r so fl o w e rl i m be x o s k e l e t o nr o b o t F i r s t l y,t h es l i d i n gm o d ec o n t r o l i d e a i su s e dt od e s i g nt h en o n l i n e a r s l i d i n gm o d es u r f a c e,a n dt h es l i d i n
6、 gm o d ec o n t r o l l e r i sd e s i g n e dt or e a l i z et h es t a b i l i t yo f t h es y s t e m;t h e nt h e f u z z yc o n t r o lm e t h o d i su s e dt o f u z z yc o m p e n s a t ea n da p p r o x i m a t e t h eu n k n o w n f r i c t i o nt e r me x i s t i n g i n t h e j o i n tm
7、o t i o no f i t s r o b o t t or e d u c e t h e s t a b i l i t y i m p a c t b r o u g h t b y t h eu n k n o w n f r i c t i o n t e r ma n de x t e r n a ld i s t u r b a n c ea n do t h e r f a c t o r so n t h e s y s t e m;f i n a l l y,t h e r o b u s t t e r mi s a l s ou s e d t oe l i m
8、i n a t e t h e i m p a c t b r o u g h t b y t h e c o m p e n s a t i o na p p r o x i m a t i o ne r r o r,w h i c hc a na l s ob eu s e d i nr e d u c i n gt h eF i n a l l y,t h er o b u s t t e r mi sa l s ou s e dt oe l i m i n a t e t h ei m p a c to f t h ec o m p e n s a t e da p p r o x i
9、 m a t i o ne r r o r,w h i c hc a na l s or e d u c e t h e j i t t e rp r o b l e mb r o u g h tb y t h e s l i d i n gm o d em e t h o d,t h u s f u r t h e r i m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo f t h ew h o l es y s t e m F i n a l l y,t h es t a b i l i t yo f t h ed e s i g n e dc o n t r
10、 o l l e r i sp r o v e da n ds i m u l a t e db a s e do nL y a p u n o vs t h e o r e m T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a t t h ed e s i g n e dc o n t r o l l e r c a nc o m p e n s a t e t h eu n c e r t a i nf r i c t i o nt e r mw e l l,a n dt h e j o i n tm o t i o nt r a j
11、 e c t o r yt r a c k i n go f t h e r o b o t c a na c h i e v eg l o b a l t r a c k i n g,w h i c h i m p r o v e s t h ev a l u eo f t h ea p p l i c a t i o n i nf u t u r ep r a c t i c a l e n g i n e e r i n gr e s e a r c h K e yw o r d s:l o w e r l i m be x o s k e l e t o nr o b o t;f u
12、z z yc o m p e n s a t i o n;F C A S MC;f r i c t i o nt e r m;t r a j e c t o r yt r a c k i n g第 卷第期张晨,等:基于模糊补偿的康复机器人的自适应滑模控制研究下肢外骨骼机器人属于康复机器人中的一类,主要是针对长期站立或下肢受伤的人而开发.尤其近几年来,各种意外事故导致的下肢伤残患者人数越来越多,这一类的应用场景大多在军事和医疗当中,其具有很强的灵活性及精确性,帮助患者下肢康复非常高效.目前,外骨骼机器人的主要研究热点分布在运动控制算法、识别运动意图、人机匹配技术等方面;特别是在控制技术显得尤其关
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