一种多自由度康复外骨骼机械臂的虚拟分解控制

为满足脑卒中患者康复训练的需求，康复外骨骼机械臂需要具有多个自由度。项目采用的康复外骨骼机械臂具有5个自由度，排除运动相对独立的腕关节，仍需要对机械臂剩余4自由度进行高精度控制，从而保证患者康复的安全性、舒适性及康复的有效性。多自由度串联机械臂具有高度的非线性，增加了其建模控制的复杂程度。利用虚拟分解控制理论，将复杂系统分解为几个简单的子系统进行分析及控制，再将所有子系统控制器组建成系统虚拟分解控制器，降低其动力学建模复杂程度，大大控制减少计算量，便于提高系统响应性。采用Simulink与ADAMS对机械臂进行联合控制仿真及实物试验，与采用固定重力补偿的PID控制方法进行了对比。结果表明，对于高度非线性系统，虚拟分解理论的控制效果比PID方法好。