外骨骼引申于昆蟲的外殼，是一種結(jié)合人的智能和機械能的可穿戴設(shè)備，根據(jù)使用目的不同，可以分為助力型和康復(fù)型?？祻?fù)型主要用于沒有運動能力的病人的康復(fù)訓(xùn)練，助力型則主要用于軍事、災(zāi)難救援等場合。控制系統(tǒng)相當(dāng)于外骨骼的大腦，外骨骼信號的采集、人機交互的實現(xiàn)、執(zhí)行器的控制全部通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)，本課題研究的重點即為控制系統(tǒng)設(shè)計。

　　本課題主要難點為設(shè)計和實現(xiàn)復(fù)雜控制系統(tǒng)并將控制算法移植入系統(tǒng)中實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，圍繞機器人嵌入式控制系統(tǒng)開展研究，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)和最終指標分析控制系統(tǒng)需求，確定了系統(tǒng)方案。作為核心的控制器采用上下位機的方式實現(xiàn)，上位機采用ARM，通過嵌入式LINUX系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互和上下肢的運動路徑規(guī)劃，配置人機交互界面作為主控界面。下位機采用DSP進行各關(guān)節(jié)運動控制，通過對高速開關(guān)閥的閉環(huán)控制實現(xiàn)對氣動肌肉的高精度運動控制，同時在PC端設(shè)計監(jiān)控界面完成數(shù)據(jù)的采集和顯示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計了控制系統(tǒng)的程序框架，進行了器件選型，完成了硬件系統(tǒng)的制作和實驗測試。基于嵌入式控制系統(tǒng)，首先開展了對單根氣動肌肉的模糊PID控制和滑?？刂蒲芯?，經(jīng)對比采用滑模控制作為主要控制算法進行外骨骼助力機器人手臂的運動控制。開展了人機協(xié)同控制研究，上肢運動路徑規(guī)劃采用阻抗控制算法實現(xiàn)，下肢首先依據(jù)人體行走實際運動情況對機器人步態(tài)進行劃分，確定機器人步態(tài)變化規(guī)則，然后在系統(tǒng)中根據(jù)足底傳感器和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角傳感器信息進行步態(tài)判別，根據(jù)機器人步態(tài)變換規(guī)則確定腿部運動路徑并進行控制。最后，為了實現(xiàn)外骨骼助力機器人無外接電源、氣源獨立工作，本課題研究開發(fā)了背負式電源系統(tǒng)和氣源系統(tǒng)，解決了機器人能源供給問題，實驗結(jié)果表明機器人能依靠自身能源完成一定時間內(nèi)的人機協(xié)同獨立行走和助力工作。
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