10、基于微分平坦性的上臂外骨骼跟踪控制-优快云博客

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基于微分平坦性的上臂外骨骼跟踪控制

1. 引言

外骨骼属于可穿戴机器人这一广泛技术范畴，可穿戴机器人研究人体与机器人之间的交互。在这类系统中，机电结构附着在人体不同部位，穿戴者通过物理信号（如大脑指令产生的电子刺激或肌肉带动的身体动作）来控制机械系统，而机械系统则承担繁重工作，如搬运重物或辅助身体残疾部位运动。

自20世纪60年代概念提出以来，可穿戴机器人主要分为假肢和矫形器系统。假肢用于替代缺失的身体部位，矫形器则辅助身体运动或扩展身体能力。外骨骼属于矫形器可穿戴机器人领域，是附着在人体上并跟随穿戴者动作的机器人结构（实际上可视为机电结构，因为集成了传感器、执行器和智能控制器等电子设备）。目前有多种外骨骼模型，附着在腿部的称为下肢外骨骼，附着在手臂的称为上肢外骨骼。其应用范围从医疗到军事，如帮助残疾患者恢复身体部位运动或协助士兵携带更重负载。

本研究聚焦于上臂外骨骼，应用微分平坦性来控制其沿特定路径（由多项式生成的路径）运动。研究从形态分析入手，建立数学模型并进行运动学仿真，该模型有助于构建动力学模型。动力学模型将应用于轨迹跟踪问题，使用微分平坦性控制手臂运动，后续将探讨其应用、益处及遇到的问题。所有分析均借助Matlab®代码进行必要的仿真，并绘制模型行为的图形。