与自适应振荡器同步的基线扭矩控制器提高了六自由度下肢外骨骼的透明度

《IEEE Transactions on Robotics》：A Baseline Torque Controller Synchronized with Adaptive Oscillators Improves Transparency of a Six DoF Lower-Limb Exoskeleton

　　

摘要：

下肢外骨骼（LLE）已被证明是改善步态障碍的有效工具。然而，基于按需辅助概念的现代LLE控制系统在向用户提供适当的交互扭矩方面面临挑战。特别是在需要使外骨骼透明化时，即用户与机器人之间的交互扭矩（τUR）为零的情况下，即使在行走速度变化时也不需要辅助。为了解决这些限制，我们设计了一种新型的透明控制系统，该系统使用了一个基线扭矩控制器，该控制器根据之前步态的τUR生成扭矩曲线，并驱动执行器，从而降低τUR；同时，还包含了一个由自适应振荡器（AOs）组成的同步层，用于估计用户的步态阶段并使控制器适应不同的行走速度。此外，还并行使用了一个零扭矩控制器来增强用户的自主控制和平衡能力。所提出的控制器在六自由度LLE上进行了实验测试，共有八名健康参与者以三种行走速度进行了200步的行走。结果表明，基线扭矩控制器能够适应不同的行走速度，并成功提高了外骨骼的透明度，减少了用户与机器人之间的交互扭矩：在整个外骨骼系统中平均τUR降低了40%，在0.8 m/s的速度下髋关节的τUR降低了70%；同时，步态运动学表现也优于我们之前基于零阻抗模型的控制器。