《Sensors and Actuators B: Chemical》：Active-passive switching admittance control for lower limb exoskeleton with nonlinear disturbance observer
编辑推荐：
本研究提出一种针对2-DOF下肢外骨骼的主动-被动切换控制方法，结合反步控制器和变容抗控制器优化人机交互。实验表明该方法降低平均交互扭矩26%，提升康复训练效果和穿戴舒适度。
姜刚 | 杨志国 | 陈振雷 | 王一轩 | 史艳 | 郭青
北京航空航天大学国际多学科科学研究所，中国北京 100191
章节摘录
实验平台与动态模型
下肢外骨骼（LLE）的平台如图1所示。实际上，该外骨骼是一个典型的二阶状态反馈系统，主要由PC（Thinkpad-T490，i5-10210U CPU，1.60 GHz）、伺服电机（GDM1-100N2/120N2）、NI控制器（cRIO-9035-NI）、绝对编码器（INC-4-150和INC-3-125）以及3D力传感器（JNSH-2-10kg-BSQ-12）组成。NI控制器是硬件控制系统的核心，其主要功能包括传感器信号处理和控制指令的生成。
主动-被动切换控制设计
在本研究中，主动-被动切换控制包含两个循环：内环采用反步控制器来保证位置跟踪性能；外环则通过两个调制因子来调节人机交互扭矩。
参数设置
为了验证主动-被动切换控制在人机外骨骼协作运动中的应用，我们在MATLAB环境中构建了外骨骼的理想动态模型（6）。通过让典型操作者穿戴外骨骼进行多次实验，确定了最终的导纳参数，并调整了绑带的紧度、摆动角度和速度。
结论
康复外骨骼是人机交互研究领域的热点。本研究提出了一种用于2自由度下肢外骨骼的主动-被动切换控制方法，以提高康复训练的效果和佩戴舒适度。与固定参数导纳控制相比，该方法可将人机交互扭矩平均降低26%。同时，设计了一种具有NDOB的反步控制器来改善位置跟踪性能。
CRediT作者贡献声明
姜刚：撰写——原始草案、方法论、正式分析、数据整理。杨志国：调研、正式分析。陈振雷：方法论、调研。王一轩：验证、资源获取、方法论。史艳：项目管理、资金筹措。郭青：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹措。
资助
本研究得到了国家自然科学基金基础研究项目（博士生资助编号：524B2049）、国家自然科学基金青年项目（资助编号：52522502）以及CPSF博士后奖学金计划（资助编号：GZC20252734）的资助。
利益冲突声明
作者声明：本研究在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行。
姜刚于2025年获得北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院的博士学位。目前他是北京航空航天大学国际多学科科学研究所的博士后研究员。他的研究兴趣包括外骨骼机器人系统、人机交互、自动控制以及人类运动意图识别。
