Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance

WU Xiaokai; LUO Tianhong; YIN Shirong; MA Xiangyu; ZHANG Yixing

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018

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Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance

Development·Application | 更新时间：2025-03-20

- Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 3, Pages: 134-140(2025)
- 作者机构：
  
  1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074
  2.交通工程应用机器人重庆市工程实验室，重庆 400074
  3.重庆文理学院智能制造工程学院，重庆 402160
  4.重庆理工大学机械工程学院，重庆 400054
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018
  CLC： TP242
- Received：08 December 2023，
  
  Revised：11 January 2024，
  
  Published：15 March 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
伍晓凯，罗天洪，殷时蓉，等. 不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制［J］. 机械传动，2025，49（3）：134-140.

WU Xiaokai，LUO Tianhong，YIN Shirong，et al. Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：134-140.
伍晓凯，罗天洪，殷时蓉，等. 不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制［J］. 机械传动，2025，49（3）：134-140. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018.

WU Xiaokai，LUO Tianhong，YIN Shirong，et al. Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：134-140. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018.

摘要

目的

为分析建模误差、外界干扰等因素对气动肌肉膝关节轨迹跟踪的影响，提出基于干扰观测器的模糊滑模控制策略。

方法

该控制策略在滑模控制的基础上加入干扰观测器，进而对干扰进行估计并作为滑模控制器的补偿；利用模糊控制参考实时的干扰和跟踪误差值来自适应调整切换增益

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；最后，根据李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性。为了验证控制策略的有效性，设计了仿真与气动肌肉膝关节实物轨迹跟踪试验。

结果

结果表明，气动肌肉膝关节能稳定地跟踪目标轨迹，并且误差平均值和方差均趋近于0°。这说明该控制方法对柔性膝关节轨迹跟踪控制有很好的精确性和稳定性。

Abstract

Objective

Considering the impact of modeling errors and external disturbances on the trajectory tracking of pneumatic muscle knee joints

a fuzzy sliding mode control strategy based on a disturbance observer was proposed.

Methods

In this control strategy

the disturbance observer was added to the sliding mode control to estimate and compensate for disturbances

and the fuzzy control was used to adaptively adjust the switching gain

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according to the real-time interference and tracking error values. Finally

the stability of the system was proved according to the Lyapunov stability theory. In order to verify the effectiveness of the control strategy

the simulati

on and physical trajectory tracking tests of pneumatic muscle knee joints were designed.

Results

The results show that the pneumatic muscle knee joint can stably track the target trajectory

and the average error and variance are both close to 0°

indicating that this control method has good accuracy and stability for the trajectory tracking control of flexible knee joints.

关键词

Keywords

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