腰部外骨骼線性自抗擾控制研究*

季心宇 吳洪明 王大帥 徐克鋒 孫健銓

1武漢理工大學 武漢 110016 2 廣東省機器人與智能系統重點實驗室 深圳 518055

3中國科學院人機智能協同系統重點實驗室 深圳 518055 4 粵港澳聯合實驗室 深圳 518055

0 引言

骨骼肌肉疾病是許多工業國家（例如中國、印度和美國）中最常見的疾病。對工人的生活質量和公司的生產力有重大影響。在物流、建筑和醫療康復行業中，患有腰部疾病的工人占比分別為84%、75%和67%[1]。隨著腰部肌肉疾病發病率不斷增加，該問題值得關注。針對該問題，研究人員已經提出了許多解決方案。其中，腰部動力外骨骼機器人方面的研究工作值得重點關注[2]。

腰部動力外骨骼機器人主要由動力源、機械結構和傳感器組成。現有腰部動力外骨骼系統包括日本筑波大學的HAL外骨骼機器人[4]、意大利技術研究院的ROBO-MATE外骨骼機器人[5]及中國科學院深圳先進技術研究院的SIAT-WEXv2外骨骼機器人[6]。HAL外骨骼是以肌電信息作為控制的信號流，由無刷伺服電機提供動力，使用高性能處理器來控制外骨骼。ROBOMATE外骨骼機器人以穿戴者運動信息為信號流，串聯彈性驅動器為動力源，使用MYO肌電手環傳感器檢測手部肌電信息，并與交互力信息結合來控制外骨骼。SIATv2外骨骼機器人也是以穿戴者運動信息作為信號流，使用伺服電機作為動力源，采用基于李雅普諾夫穩定性的擴展卡爾曼濾波作為觀測器來預測外界擾動，使用控制器來補償物體對系統的影響。

無論是添加傳感器，還是以擴展卡爾曼濾波器的方式觀測物體的質量變化對系統的影響，都是一種局部觀測器。……