2、集成外骨骼 - 上肢系统：建模、控制与稳定性解析

集成外骨骼 - 上肢系统：建模、控制与稳定性解析

1. 人体上肢解剖结构

人体上肢主要由三个关节区域构成，这些区域通过七个自由度（DoF）进行建模。具体分布如下：
- 肩部：具有三个自由度，可实现屈伸、内收外展以及内外旋转运动，从运动学角度看，这组关节类似于球窝关节。
- 肘部：仅有一个自由度，负责屈伸运动。
- 腕部：具备三个自由度（万向节连接），可进行侧向运动、屈伸（掌屈和背屈）以及旋前旋后（通常称为手部旋转）运动。

在相关研究中，重点关注的是肩部和肘部的屈伸运动。

2. 集成外骨骼 - 上肢系统建模

外骨骼设备的运动学设计通常旨在模拟与其相连的人体肢体的运动。所研究的系统是一个与人体上肢相互作用的外骨骼，用于控制肩部和肘部的屈伸运动。基于欧拉 - 拉格朗日方程，推导出系统的动力学方程：
[
M(q)\ddot{q} + C(q,\dot{q})\dot{q} + G(q) + f_v\dot{q} + k\mathrm{sign}(\dot{q}) = \tau^{exo} + \tau^{arm} + \tau^{ex}
]
令 (F(q,\dot{q}) = f_v\dot{q} + k\mathrm{sign}(\dot{q}))，则动力学模型可表示为：
[
M(q)\ddot{q} + C(q,\dot{q})\dot{q} + G(q) + F(q,\dot{q}) = \tau^{exo} + \tau^{arm} + \tau^{ex}
]
其中各参数含义如下：
|参数|含义|
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