面向楼梯环境的下肢助力外骨骼协同控制系统研究

面向楼梯环境的下肢助力外骨骼协同控制系统研究摘要本文针对下肢外骨骼在楼梯环境下的复杂运动需求，提出了一种基于CNN-LSTM的轨迹规划与PID+阻抗协同控制策略。利用Adams建立人体-外骨骼动力学模型，在Matlab/Simulink中设计控制器，通过联合仿真验证系统的稳定性与舒适性。实验结果表明，该协同控制系统在上下楼梯工况下，能够有效识别步态相位，精确跟踪期望轨迹，并具有良好的柔顺性。关键词：下肢外骨骼；楼梯环境；CNN-LSTM；阻抗控制；Adams-Matlab联合仿真第一章 绪论1.1 研究背景与意义随着人口老龄化加剧和康复需求的增加，下肢助力外骨骼机器人成为研究热点。楼梯环境作为典型的非结构化地形，对控制系统的轨迹适应性和人机交互柔顺性提出了极高要求。传统的控制方法难以同时满足高精度跟踪和柔顺性需求，因此，结合深度学习的轨迹预测与混合控制策略具有重要的研究价值。1.2 国内外研究现状轨迹规划：传统基于ZMP（零点矩点）或离线规划的方法缺乏适应性；近年来基于LSTM、Transformer的步态预测成为主流。控制策略：PID控制简单可靠，但抗干扰能力弱；阻抗控制能模拟肌肉刚度，但参数整定困难。