仪器仪表学报

作者：戴欢，曾洪，张建喜，张竞天，宋爱国

单位：戴欢,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,mc1982484835@163.com,曾洪,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,hzeng@seu.edu.cn,张建喜,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,,张竞天,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,,宋爱国,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,

关键词：外肢体机器人;人体运动预测;干扰补偿控制;人机协作

基金：国家自然科学基金（62173089）项目资助

针对人机协作中外肢体机器人受到人体运动干扰从而影响末端工作精度的问题，提出一种基于人体运动干扰建模预测的外肢体机器人补偿控制方法。首先，为了精确测量人体运动干扰，设计了融合IMU和视觉估计的T265视觉惯性里程计传感方案。其次，针对人-外肢体系统进行了运动学建模与分析，构造了末端位姿关于人体运动干扰和外肢体机器人关节运动参数的函数，并以末端位姿保持不变作为控制目标，提出一种基于PID前馈控制的运动干扰补偿控制方法。此外，为了提高人体运动干扰补偿控制的响应速度，提出一种基于卡尔曼滤波器的人体运动干扰预测方法，通过构建人体运动状态空间方程，利用卡尔曼滤波算法实现了人体运动轨迹预测。最后，设计了人体运动干扰预测实验和人体运动干扰补偿控制实验。实验结果表明，人体运动干扰预测值与实际值的绝对误差为0?48±0?32mm，对比有无预测方法时人体运动干扰补偿控制效果，预测方法将外肢体机器人末端在工作平面内的绝对误差由3?18±2?17mm降低至1?23±0?91mm。实验验证了所提出的外肢体机器人补偿控制方法能够有效提高末端工作精度，且基于卡尔曼滤波的运动干扰预测方法在克服控制延迟上效果显著。

来源：2025年第4期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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