外骨骼机器人是一种可穿戴式设备,跟随人体运动同时为人体提供助力。在医疗领域,外骨骼机器人可用于康复治疗,为运动机能减弱或残疾人士提供辅助行走。在军事工业领域,可为穿戴者提供助力,增加负重,减少体能消耗。为更好的跟随穿戴者运动,提供助力,快速识别人体运动意图并控制外骨骼运动是外骨骼机器人关键技术之一。而控制系统属于外骨骼机器人控制中枢,决定了外骨骼机器人性能优劣。本课题针对上肢外骨骼机器人,研究了基于嵌入式方案的外骨骼机器人控制系统。论文首先提出了基于单片DSP处理器的嵌入式控制系统方案,完成了信号调理电路、高速开关阀驱动电路、信号采集电路等硬件设计,满足外骨骼控制系统小型化、低功耗、便携式的需求。同时完成了嵌入式系统软件开发以及供测试和实验使用的上位机测控系统。其次针对上肢外骨骼机器人人机协同运动控制的需要,基于所采集气动肌肉内部压力信号、关节角位移信号和人体表面肌电信号等开展了人体上肢运动意图识别算法和基于逻辑回归的人体运动状态检测算法研究,以及基于气体压力控制器的气动肌肉驱动控制算法研究,为嵌入式控制系统的实现提供了算法支持。在此基础上通过实验研究对比了 PID和滑模变结构控制算法在气动肌肉压力跟随控制上的效果,实验结果表明滑模变结构控制在不同周期和不同负载的情况下,其跟随精度均要优于PID控制。然后论文将前述人体上肢运动意图识别算法、运动状态检测算法和气动肌肉驱动控制算法通过编程在嵌入式控制系统上实现,并完成了系统样机的试制。基于系统样机,论文针对控制系统在实际运动过程中的助力效果开展了实验研究。通过在不同负载、不同助力比以及带有运动和停止切换的连续运动等不同工作条件下助力效果对比,实验验证了前述算法在人机协同运动控制上的有效性。实验结果表明,前述算法可较好的识别人体上肢运动意图并准确检测出当前运动状态,适时为人体上肢运动提供助力。最后针对全文研究和实验结果,对本文进行了总结并针对后续可开展工作提出展望。