双牵引式手部康复装置设计及控制研究

何流; 李潇; 高芳征; 周利峰

doi:10.13960/j.issn.1672-2558.2025.04.008

南京工程学院学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 23 ›› Issue (4) : 49 -55. DOI: 10.13960/j.issn.1672-2558.2025.04.008

双牵引式手部康复装置设计及控制研究

何流, 李潇, 高芳征, 周利峰

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

针对穿戴式手部康复装置在轻量化设计、人机贴合度与非线性驱动精确控制之间存在的矛盾,文章提出基于形状记忆合金(SMA)驱动的双牵引式可穿戴康复训练装置.依据SMA的相变-本构机理,并结合手部运动-动力学模型,建立系统的机电耦合动力学模型;设计分数阶PI控制器,采用脉冲响应不变法进行离散化分析,构建给定参考-误差计算-分数阶PI控制-SMA驱动-状态反馈的完整闭环控制链路;搭建由Matlab/Simulink仿真环境、PCI-1711数据采集卡及弯曲传感器构成的闭环测试平台,完成连续被动运动训练及多阶段阶跃响应等工况测试.试验结果表明:相较传统整数阶PI控制器,本文所提出的分数阶PI控制器在SMA驱动闭环系统中的平均响应时间缩短约18.6%,峰值超调量由11.7%降至3.5%,稳态误差控制在±1°内.试验结果验证了该控制方式在处理SMA固有非线性与迟滞方面具有显著优势.