摘要:针对传统骨外固定器矫形力无法准确控制、安全性差的问题,本文基于 RCM 构型,搭建一种膝关节骨外固定机器人,提出一种间接自适应阻抗的矫形力跟踪方法。 由于存在机械摩擦以及外部不确定性,针对阻抗控制鲁棒性差的问题,采用力误差信号作为目标阻抗的驱动力,建立新的阻抗模型适应矫形环境的变化,根据矫形力误差的变化,设计自适应律对阻抗参数实时调节,在线补偿动态环境的不确定性,使系统的力跟踪误差为零。 并对所提的控制算法进行了胫骨矫形力控制的对比仿真和样机实验。 结果表明:阻抗控制仿真结果各性能指标的加权平均值分别为 2. 12、8. 58 和 13. 2,且力跟踪实验的最大误差为 20 N;相比于阻抗控制,自适应阻抗控制仿真性能指标的加权平均值仅为 0. 36、0. 18 和 0. 61,力跟踪波动误差控制在±3 N 以内,具有更好的鲁棒性和自适应能力。

摘要:微机电系统在生物医学领域具有巨大的应用潜力,以压电陶瓷为基础设计的压电驱动系统在微纳操作高精度控制领域发挥着重要作用。 在各领域的实际应用中,微操系统与环境的交互一直是研究的热门方向。 由于微尺度下跟踪力误差相比宏观尺度下更不可忽略,因此微操作臂与环境接触力的精准控制是提高微操作准确度的关键。 为此本文提出一种力跟踪阻抗控制策略,能够在操作过程中实现对接触力的精确跟踪。 考虑到阻抗模型对环境参数要求较高,本文提出了扩展卡尔曼滤波器对外部环境参数进行在线估计的方法。 实验结果表明,所提控制方法能够成功实现微操作臂-环境交互模型的力跟踪控制并且有良好的跟踪精度,力跟踪平均绝对误差为 7. 82 mN,均方根误差为 10. 16 mN,因此该方法对不确定性环境下接触力的精确跟踪具有可行性。