Delayed Output Feedback Control for Gait Assistance With a Robotic Hip Exoskeleton
期刊：IEEE Transactions on Robotics, 2019
作者：Bokman Lim 等
1 研究背景
目前外骨骼的主流控制方法主要依赖 步态相位识别：
1.1 现有方法
(1) Oscillator-based 方法
通过自适应振荡器估计步态周期：
sensor → oscillator → gait phase → torque profile优点：
- 连续相位
- 可适应不同步速
缺点：
- 假设步态周期性
- 对异常步态不稳定
(2) FSM (Finite State Machine)
检测步态事件：
- heel strike
- toe off
控制逻辑：
sensor → gait event → FSM state → torque优点：
- 逻辑清晰
- 易实现
缺点：
- 需要可靠事件检测
- 对异常步态敏感
1.2 现有方法的问题
传统方法依赖：
- 步态周期性
- 准确的相位估计
- 额外传感器
但真实环境中存在：
- 突然停止
- 改变方向
- 上下坡
- 楼梯
这些情况会导致控制不稳定。
2 论文核心思想
本文提出：
Delayed Output Feedback Control (DOFC)
核心思想：
利用时间延迟反馈生成辅助力矩，而不需要步态相位估计。
控制思想：
图示来自原始笔记，未随网站发布。
优势：
- 不需要 gait phase estimation
- 不需要环境识别
- 对不规则步态更鲁棒
算法流程：
图示来自原始笔记，未随网站发布。
3 稳定性分析
为了分析系统稳定性，作者建立简化模型：
双摆模型
假设：
- 每条腿为单摆
- 忽略地面接触
- 小角度近似
3.1 动力学模型
摆动腿动力学建模：
\[\begin{aligned} I\ddot{q}_r(t) + B\dot{q}_r(t) + K \sin q_r(t) &= -u(t) \\ I\ddot{q}_l(t) + B\dot{q}_l(t) + K \sin q_l(t) &= u(t) \\ u(t) &= \kappa\, y(t-\Delta t) \\ y(t) &= \sin q_r(t) - \sin q_l(t) \end{aligned}\]
4 个人思考
这篇论文给出的启发：
控制思想
传统方法：
sensor → phase estimation → torque本文方法：
hip angle → delayed feedback → torque控制结构非常简单。
Delayed Output Feedback Control for Gait Assistance and Resistance Using a Robotic Exoskeleton
期刊：IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION Letters，2019
作者：Bokman Lim 等
1 核心问题
- 使用外骨骼的阻力矩控制的例子很少
- 很难找到一种能同时覆盖辅助和阻力矩产生的交互控制方法。
2 核心思想
交互力矩计算公式：
\[\tau(t) = \kappa y(t-\Delta t)\]
不同参数产生不同效果：
助力模式
κ>0,产生 assistive torque
阻力模式
κ<0,产生 resistive torque
因此同一个控制器既可以用于：
- 助力训练
- 阻力训练
3 个人思考
- DOFC可以用于膝关节助力
- DOFC可以用于髋关节助力和阻力，健身模式（下坡缓降）应该都是使用DOFC输出阻力。