下肢外骨骼控制的关键是配合操作者,在充分理解人的主观控制能力和动作导向能力的基础上,发挥机器人的承载能力。下肢外骨骼通过理解穿戴者的运动意图,跟随其期望轨迹完成日常生活中一系列运动。由于穿戴者保有一定的行为能力,其主动力矩与外骨骼控制力矩相互耦合,主动力矩的不确定性对外骨骼控制带来很大的影响。同时外骨骼在运行过程中可能会受到外界环境的影响,需要对外骨骼进行柔顺性控制,及时降低外界作用力带来的影响以保证穿戴者的舒适性和安全性。本文针对外骨骼的力矩耦合和柔顺性控制问题进行研究,主要内容如下:1.采集穿戴者行走过程中的下肢肌电信号及运动信息,利用极限学习机算法对肌电数据进行训练,得到髋关节和膝关节的期望运动轨迹。将下肢外骨骼系统简化为连杆模型,对模型进行合理的假设和简化后,运用拉格朗日动力学对连杆模型进行分析,分别建立下肢外骨骼摆动相和支撑相动力学模型。2.针对下肢外骨骼在运行过程中,穿戴者提供的主动力矩不确定问题,进行基于干扰观测技术的控制方法研究。针对模型的非线性、强耦合特征设计滑模控制器,基于干扰观测器对穿戴者的主动力矩进行估计,实现对滑模控制器的补偿,并进行稳定性分析和仿真实验设计。实验结果证明,所设计的闭环系统对期望角度具有良好的跟随能力,可以有效抑制干扰的影响。3.将外骨骼角度动力学模型转化到笛卡尔坐标系,建立外骨骼位置控制和末端约束面之间的关系模型,完成基于阻抗模型的末端接触力计算;在充分考虑模型非线性、强耦合的基础上,设计基于模糊估计的阻抗滑模控制系统,并进行稳定性分析和仿真实验设计。实验结果证明,该控制系统可以明显降低外骨骼在摆动相与障碍发生碰撞时的接触力,有效提高外骨骼穿戴者的舒适性和安全性。