不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制

伍晓凯; 罗天洪; 殷时蓉; 马翔宇; 张奕星

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制

开发应用 | 更新时间：2025-03-20

- 不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制
- Trajectory tracking control of the pneumatic muscle knee joint under uncertain disturbance
- 机械传动 2025年49卷第3期页码：134-140
- 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：
  
  伍晓凯，男，1998年生，四川成都人，硕士研究生；主要研究方向为机电一体化；wuxiaokai555@126.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52175215);重庆市英才计划项目(cstc2021ycjh-bgzxm0279);交通工程应用机器人重庆市工程实验室开放基金项目(CELTEARKFKT-202107)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.018
  中图分类号： TP242
- 收稿日期：2023-12-08，
  
  修回日期：2024-01-11，
  
  纸质出版日期：2025-03-15
- 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

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=75949078&type=

2.62466669

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=75949053&type=

2.53999996

；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

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=75949095&type=

2.28600001

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=75949055&type=

2.45533323

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

references

杜鹏 . 积极应对人口老龄化的中国道路［J］. 人口研究， 2022 ， 46 （ 6 ）： 17 - 22 .

DU Peng . The Chinese road of actively responding to population ageing ［J］. Population Research ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 17 - 22 .

杨婷婷，李鑫，俞鑫璐，等 . 上肢康复机器人在脑性瘫痪儿童康复中的研究进展［J］. 中国康复医学杂志， 2022 ， 37 （ 12 ）： 1717 - 1721 .

YANG Tingting ， LI Xin ， YU Xinlu ， et al . Research progress of upper limb rehabilitation robot in the rehabilitation of children with cerebral palsy ［J］. Chinese Journal of Rehabilitation Medicine ， 2022 ， 37 （ 12 ）： 1717 - 1721 .

陈芳，黄俊豪，吴文杰，等 . 下肢外骨骼机器人在脑卒中患者功能康复中应用进展［J］. 中国康复， 2023 ， 38 （ 4 ）： 243 - 247 .

CHEN Fang ， HUANG Junhao ， WU Wenjie ， et al . Progress in the application of lower limb exoskeleton robots in functional rehabilitation of stroke patients ［J］. Chinese Journal of Rehabilitation ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 243 - 247 .

周彬滨，邹任玲 . 气动人工肌肉在康复器械中的应用现状［J］. 中国康复理论与实践， 2020 ， 26 （ 4 ）： 463 - 466 .

ZHOU Binbin ， ZOU Renling . Application of pneumatic artificial muscle in rehabilitation equipment （review）［J］. Chinese Journal of Rehabilitation Theory and Practice ， 2020 ， 26 （ 4 ）： 463 - 466 .

管清华，孙健，刘彦菊，等 . 气动软体机器人发展现状与趋势［J］. 中国科学：技术科学， 2020 ， 50 （ 7 ）： 897 - 934 .

GUAN Qinghua ， SUN Jian ， LIU Yanju ， et al . Status of and trends in soft pneumatic robotics ［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2020 ， 50 （ 7 ）： 897 - 934 .

KANG R J ， GUO Y ， CHEN L S ， et al . Design of a pneumatic muscle based continuum robot with embedded tendons ［J］. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics ， 2017 ， 22 （ 2 ）： 751 - 761 .

王瑷珲，胡宁宁，喻俊，等 . 基于步态数据的机器人鲁棒自适应PD控制［J］. 控制工程， 2021 ， 28 （ 9 ）： 1738 - 1746 .

WANG Aihui ， HU Ningning ， YU Jun ， et al . Robust adaptive PD control of robot based on gait data ［J］. Control Engineering of China ， 2021 ， 28 （ 9 ）： 1738 - 1746 .

孟德远，李顺利，杨林，等 . 气动肌肉力-位移迟滞特性实验与建模［J］. 农业机械学报， 2021 ， 52 （ 4 ）： 402 - 410 .

MENG Deyuan ， LI Shunli ， YANG Lin ， et al . Experimental investigation and modeling of force-displacement hysteresis of pneumatic muscles ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2021 ， 52 （ 4 ）： 402 - 410 .

王斌锐，沈国阳，金英连，等 . 基于干扰观测器的级联气动肌肉肘关节滑模控制［J］. 兵工学报， 2017 ， 38 （ 4 ）： 793 - 801 .

WANG Binrui ， SHEN Guoyang ， JIN Yinglian ， et al . Sliding mode control of cascade pneumatic muscles of elbow joint based on disturbance observer ［J］. Acta Armamentarii ， 2017 ， 38 （ 4 ）： 793 - 801 .

ZHANG Y P ， CAO G Z ， LI W Z ， et al . A self-adaptive-coefficient-double-power sliding mode control method for lower limb rehabilitation exoskeleton robot ［J］. Applied Sciences ， 2021 ， 11 （ 21 ）： 10329 .

LIU J M ， ZHANG Y P ， WANG J H ， et al . Adaptive sliding mode control for a lower-limb exoskeleton rehabilitation robot ［C］// 2018 13th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications （ICIEA） . IEEE ， 2018 ： 1481 - 1486 .

ZHAO W ， SONG A G ， CAO Y . An extended proxy-based sliding mode control of pneumatic muscle actuators ［J］. Applied Sciences ， 2019 ， 9 （ 8 ）： 1571 .

CHIANG C J ， CHEN Y C . Neural network fuzzy sliding mode control of pneumatic muscle actuators ［J］. Engineering Applications of Artificial Intelligence ， 2017 ， 65 ： 68 - 86 .

张燕，王岩，陈玲玲，等 . 基于RWNN补偿的下肢外骨骼滑模控制［J］. 控制工程， 2023 ， 30 （ 1 ）： 39 - 46 .

ZHANG Yan ， WANG Yan ， CHEN Lingling ， et al . Sliding mode control for lower limb exoskeleton based on RWNN compensation ［J］. Control Engineering of China ， 2023 ， 30 （ 1 ）： 39 - 46 .

全国医用电器标准化技术委员会物理治疗设备分技术委员会 . 肘、膝关节被动运动设备： YY/T 0997—2015 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2015 ： 1 .

National Technical Committee for Medical Appliances Standardization，Therapy Equipment Technical Committee . Elbow，knee joints passive motion equipment ： YY/T 0997—2015 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2015 ： 1 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于电磁直线执行器的电子凸轮轨迹跟踪控制

基于Udwadia-Kalaba理论的四足机器人单腿动力学分析

车用摆销链式CVT速比控制参数优化策略研究

用于人体关节的P（2-RPS）&U可重构康复机构及运动学分析

双离合变速器车辆坡道挡位实时优化研究