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柔性外骨骼步態訓練系統之新型代理滑模控制設計

為了解決氣壓懸吊缺點的問題，作者林怡珊 這樣論述：

本論文旨在將氣動伺服系統應用於下肢步態復健訓練系統的設計上，以改善馬達驅動設計結構複雜、成本高及缺乏順應性的缺點。此外，為提升實驗室原有氣動式下肢外骨骼的控制性能，本研究採用比例方向閥替代開關閥以增加下肢外骨骼的可控性，同時解決開關閥因高頻切換產生的噪音與易損壞問題；懸吊減重系統則是採用氣壓肌肉致動器取代氣壓缸以降低系統製作成本，並解決氣壓缸可能產生的氣體洩漏問題。在運動學分析部分，以可描述剛體動態特性及具備直觀使用優點的指數積方法(Product of exponentials formula, POE)求解正逆向運動學方程，並進行工作空間分析，確保系統設計可以滿足正常人自然步態的運動範圍

。在控制器設計方面，本研究基於線性擴張觀測器，分別設計氣動式下肢外骨骼與懸吊減重系統的新型代理滑模控制器(Novel Proxy-Based Sliding Mode Controller, NPSMC)，NPSMC可確保系統產生大的軌跡追蹤誤差時，受控系統能以柔順平滑的過阻尼方式趨向目標軌跡；且在小誤差時仍具有高精度的軌跡追蹤性能，藉由此控制器特性可以增加下肢步態訓練系統的使用安全。在實驗部分，本研究以嵌入式控制系統搭配LabVIEW圖控軟體，實現氣動式下肢外骨骼與懸吊減重系統的控制，實驗結果顯示，氣動式下肢外骨骼與懸吊減重系統在NPSMC的補償下具有良好的控制精度與使用安全性。