自适应滑模控制在下肢康复外骨骼中的应用

"这篇研究论文关注的是主动康复下肢移动外骨骼的自适应滑模控制器设计，特别适用于九自由度的儿童下肢康复。外骨骼系统由三个自由度的臀部、膝关节和踝关节组成，每个腿都有，通过毛虫型机器人驱动运动轨迹。论文提出了一种无模型分散输出反馈自适应高阶滑模控制策略，解决外骨骼在各个关节跟踪轨迹的问题。此外，高阶滑模微分器被用来估计未测量的状态，通过动态状态扩展来近似未知的动力学模型。自适应滑模控制器利用超扭算法确保关节能够跟踪预设轨迹，且跟踪误差保持最终有界。通过数值和实验仿真实验，验证了自适应增益对超扭控制设计的影响，显示自适应律可以提高跟踪性能，减少抖振和平均跟踪误差。此研究为康复外骨骼的控制提供了新的理论基础，并在实际应用中展现出良好的潜力。" 这篇研究论文的核心知识点包括： 1. **下肢外骨骼**：这是一个辅助或恢复人类下肢功能的机械设备，通常用于物理康复或增强运动能力。在本研究中，外骨骼设计用于儿童康复，具有臀部、膝关节和踝关节的九自由度运动。 2. **轨迹跟踪**：在控制系统中，轨迹跟踪是指设备的运动关节按照预设的运动轨迹精确地运动。在外骨骼应用中，这至关重要，因为它直接影响到康复效果和患者的安全。 3. **自适应滑模控制**：这是一种先进的控制策略，能适应系统参数的变化和不确定性。滑模控制通过切换函数确保系统的稳定性，而自适应机制则允许控制器在线调整参数，以应对未知的动力学特性。 4. **高阶滑模微分器**：这是滑模控制中的一个重要组成部分，用于估计无法直接测量的状态变量，帮助控制器更好地理解系统的实时行为。 5. **超扭算法**：这是一种控制技术，旨在确保系统在面临过大的扭矩时仍能稳定运行。在本研究中，它用于驱动外骨骼关节跟踪参考轨迹，控制跟踪误差。 6. **仿真实验**：通过数值和实验仿真，研究人员评估了自适应滑模控制器的效果，证明了自适应增益对改善跟踪性能的积极作用，尤其是在减少抖振和跟踪误差方面。 此外，资源还提到了“80图书馆”，这是一个集成多种国内外顶级科研文献数据库和知名大学图书馆资源的平台，方便用户一站式获取和下载科研文献。