腰部外骨骼线性自抗扰控制研究*

季心宇 吴洪明 王大帅 徐克锋 孙健铨

1武汉理工大学 武汉 110016 2 广东省机器人与智能系统重点实验室 深圳 518055

3中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055 4 粤港澳联合实验室 深圳 518055

0 引言

骨骼肌肉疾病是许多工业国家（例如中国、印度和美国）中最常见的疾病。对工人的生活质量和公司的生产力有重大影响。在物流、建筑和医疗康复行业中，患有腰部疾病的工人占比分别为84%、75%和67%[1]。随着腰部肌肉疾病发病率不断增加，该问题值得关注。针对该问题，研究人员已经提出了许多解决方案。其中，腰部动力外骨骼机器人方面的研究工作值得重点关注[2]。

腰部动力外骨骼机器人主要由动力源、机械结构和传感器组成。现有腰部动力外骨骼系统包括日本筑波大学的HAL外骨骼机器人[4]、意大利技术研究院的ROBO-MATE外骨骼机器人[5]及中国科学院深圳先进技术研究院的SIAT-WEXv2外骨骼机器人[6]。HAL外骨骼是以肌电信息作为控制的信号流，由无刷伺服电机提供动力，使用高性能处理器来控制外骨骼。ROBOMATE外骨骼机器人以穿戴者运动信息为信号流，串联弹性驱动器为动力源，使用MYO肌电手环传感器检测手部肌电信息，并与交互力信息结合来控制外骨骼。SIATv2外骨骼机器人也是以穿戴者运动信息作为信号流，使用伺服电机作为动力源，采用基于李雅普诺夫稳定性的扩展卡尔曼滤波作为观测器来预测外界扰动，使用控制器来补偿物体对系统的影响。

无论是添加传感器，还是以扩展卡尔曼滤波器的方式观测物体的质量变化对系统的影响，都是一种局部观测器。……