1.一种欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其用于实现欠驱动液压助力外骨骼的跟踪运动，所述欠驱动液压助力外骨骼包括：背板；

背部绑带，其两端固定连接在所述背板的上端；

腰部绑带，其两端固定连接在所述背板的下端；

第一连杆，其顶端与所述背板的下端一侧可转动连接；

第二连杆，其顶端与所述第一连杆的下端可转动连接；

右脚板，其与所述第二连杆的底端可转动连接；所述右脚板、所述第一连杆和所述第二连杆共同构成右腿脚部；

脚部绑带一，其两端固定连接在所述右脚板上；

右腿膝关节液压缸，其用于驱动所述第一杆件与所述第二杆件产生相对转动；

右腿髋关节液压缸，其用于驱动所述背板与所述第一杆件产生相对转动；

第三连杆，其顶端与所述背板的下端另一侧可转动连接；

第四连杆，其顶端与所述第三连杆的下端可转动连接；

左脚板，其与所述第四连杆的底端可转动连接；所述左脚板、所述第三连杆和所述第四连杆共同构成左腿脚部；

脚部绑带二，其两端固定连接在所述左脚板上；

左腿膝关节液压缸，其用于驱动所述第三杆件与所述第四杆件产生相对转动；

左腿髋关节液压缸，其用于驱动所述背板与所述第三杆件产生相对转动；

电液伺服阀，其用于控制所述右腿膝关节液压缸、所述右腿髋关节液压缸、所述左腿膝关节液压缸和所述左腿髋关节液压缸的运行状态；

多个传感器，其用于采集所述外骨骼的状态数据；以及

实时控制器，其用于根据所述状态数据输出控制量，并根据所述控制量控制所述电液伺服阀的运行状态；所述实时控制器包括上层控制器、中层控制器和下层控制器；所述上层控制器用于输出人体运动预测轨迹；所述中层控制器用于输出外骨骼期望输出力；所述下层控制器用于输出电流信号并根据所述电流信号控制电液伺服阀的运行状态，实现外骨骼的轨迹跟踪；

其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

S1：设置所述实时控制器的采样周期；

S2：获取所述外骨骼的状态数据；所述状态数据包括特征数据和运动数据；所述运动数据包括：背部作用力、脚部作用力、外骨骼各关节实际角度值、膝关节液压缸的实际压力和髋关节液压缸的实际压力；

S3：分别判断所述左腿脚部和所述右腿脚部的运动状态；根据所述运动状态实时修正所述状态数据；所述运动状态的判断方法包括：分别判断所述左腿脚部和所述右腿脚部是否对地面施加压力；是则将所述左腿脚部或所述右腿脚部作为摆动腿；否则，将所述左腿脚部或所述右腿脚部作为支撑腿；

S4：建立所述欠驱动液压助力外骨骼的物理模型；根据所述状态数据将所述物理模型转化为状态方程；所述物理模型包括：人机接口模型、外骨骼的运动模型、液压驱动器的动力学模型、完整约束模型；

S5：根据所述背部作用力和所述脚部作用力在所述上层控制器中获取外骨骼的参考位移；根据所述实际角度值在所述外骨骼的运动模型中获取所述背板的实际位移；根据所述参考位移和所述实际位移在所述中层控制器中获取期望驱动力矩；根据所述膝关节液压缸的实际压力在所述液压驱动器的动力学模型中获取所述膝关节液压缸的实际输出力；根据所述髋关节液压缸的实际压力在所述液压驱动器的动力学模型中获取髋关节液压缸的实际输出力；根据所述期望驱动力矩、所述膝关节液压缸的实际输出力和所述髋关节液压缸的实际输出力在下层控制器中获取电液伺服阀的期望流量；

S6：根据所述期望流量生成电压信号；根据所述电压信号在所述电液伺服阀中生成相应的电流信号；

S7：通过所述电流信号控制电液伺服阀的运行状态，以控制液压缸两端的压力，推动各个液压缸运动，进而驱动所述欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的各个关节旋转，实现所述欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的跟踪运动。

2.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S4中，所述人机接口模型为：T

其中，Fhm＝[Fhmubx Fhmuby τeubz Fhmrx Fhmry τerz]为人机作用力，Fhmubx、Fhmuby分别代表背部人机作用力在x、y方向的分量，τeubz为假设人体在背部的力矩，Fhmrx、Fhmry分别代表摆动腿脚部人机作用力在x、y方向的分量，τerz为假设人体在摆动腿脚部的力矩；K＝diag{Kubx,Kuby,Kubz,Krx,Kry,Krz}为人机接口刚度，其中Kubx、Kuby、Kubz、Krx、Kry、Krz分别为腰部和摆动腿T脚部人机接口刚度在x、y、z方向的分量；xhs＝[xhubx xhuby xhubz xhrx xhry xhrz]为穿戴者的位移量，其中xhubx、xhuby、xhubz分别代表穿戴者背部接触处的位移在x、y、z三个方向的分量；

xhrx、xhry、xhrz分别代表穿戴者摆动腿脚部接触处的位移在x、y、z三个方向的分量，xes＝T[xeubx xeuby xeubz xerx xery xerz]为外骨骼的位移量，期中xeubx、xeuby、xeubz分别代表外骨骼腰背部接触处的位移在x、y、z三个方向的分量；xerx、xery、xerz分别代表外骨骼摆动腿脚部接触处的位移在x、y、z三个方向的分量； 为在人机接口上的集中模型不确定性和干扰；

通过人机作用力的积分 代替Fhm，得到人机接口模型的状态方程为：

3.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S4中，所述外骨骼的运动模型为：式中，Tact为关节驱动力矩， 其中Jub为在腰部的雅可比矩阵，Jr为脚部的雅可比矩阵，qc为关节角度，MLsp为惯性矩阵，CLsp为离心力和科氏力矩阵，GLsp为重力矩阵，B是阻尼矩阵， 是集中建模误差， 为关节角速度， 为关节角加速度；

将运动模型进一步转化为：

T T

式中， Fhmubxy＝[Fhmubx Fhmuby] ；Fhmrxy＝[Fhmrx Fhmry] ，为外骨骼的位移速度， 为外骨骼的位移加速度。

4.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S4中，所述完整约束模型为：xeubz＝xeubzd(t),xerz＝xerzd(t)对完整约束模型求二阶导数：

其中，x、y、z分别为三维坐标轴符号，xeubz为背部与人体接触处在z方向上的旋转量，xerz为摆动腿脚部与人体接触处在z方向上的旋转量，xeubzd(t)为已知的背部理想轨迹，xerzd(t)为已知的摆动腿脚部理想轨迹， 为xeubz的二阶导数， 为xeubzd(t)的二阶导数，为xerz的二阶导数， 为xerzd(t)的二阶导数；

求出 背部力矩τeubz、摆动腿脚部力矩τerz，可得到：T

式中，xea＝[xeubx xeuby xerx xery] ，U9＝[U5 U7]，

01×2＝[0 0]，01×4＝[0 0 0 0]，

5.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S4中，所述液压驱动器的动力学模型为：xvi＝ui,i＝2,3,4,5

式中，τ2、τ3、τ4、τ5分别为支撑腿膝关节、支撑腿髋关节、摆动腿髋关节和摆动腿膝关节的驱动力矩，xLi是液压缸的位移量， 是xLi关于qi的一阶偏导数，P1i、P2i、A1i和A2i分别表示液压缸内两个腔室的绝对压力和作用面积，V1i、V2i分别是液压缸内两个腔室的总容积，Vh1i、Vh2i是qi＝0时液压缸的两室容积，βe表示有效体积模量，Q1i、Q2i分别是液压缸的供给和回流，kq1i、kq2i分别是液压缸两回路的流量增益系数，xvi是阀芯的位移值，Ps是供油压力，Pr是油箱里的压力， 分别表示液压驱动器动力学模型中的集中建模误差和不确定干扰，τi为各关节力矩，ui为各关节液压阀两端电压，ΔP1i为各液压缸左腔室压强差，ΔP2i为各液压缸右腔室压强差。

6.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S4中，所述状态方程为：Tact＝hFL

QL＝Kqu

其中，Kxya＝diag{Kubx,Kuby,Krx,Kry}， Fhmxy＝[Fhmubx T T

Fhmuby Fhmrx Fhmry] ， x4a＝[P12 P13 P14 P15] ，x5a＝[P22 P23 T

P24 P25] ，A1＝diag{A12,A13,A14,A15}，A2＝diag{A22,A23,A24,A25}，FL＝A1x4a‑A2x5a，分别为x1a、x2a、x3a的一阶导数，Δ1an、Δ3an、Δ4an分别为人机接口、机械系统和液压系统的集中不确定的常值部分，Δ1a、Δ3a、Δ4a分别为人机接口、机械系统和液压系统的集中不确定性的时变部分， 为FL的一阶导数，QL为液压缸的流量，Kq＝diag{Kq2,Kq3,Kq4,Kq5}，

7.如权利要求1所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S5中，所述上层控制器的控制方法包括以下步骤：根据状态方程，设第一跟踪误差z1a为z1a＝x1a‑x1ad，其中x1a、x1ad为背部和摆动腿脚部期望人机作用力在x、y方向上的积分；

则控制第一虚拟控制输入xm的方法为 ：xm＝xma+xms+xmsn，其中，xms＝K1z1a，xmsn为第一鲁棒反馈项；fθF和YθF是由xma的参数线性化得到，K1是第一线性反馈增益矩阵， 分别表示Kf、Δ1an的估计值， 是θF的估计值，估计值 在上层控制器中由自适应率 得到，其中T

Kθa＝[1/Kubx 1/Kuby 1/Krx 1/Kry] ， 是Kθa的估计值，Γ1是第一正定增益矩阵， 是x1ad的一阶导数； 的映射函数为：

式中，·i为自变量，θFmaxi，θFmini分别为θF第i个元素的最大值和最小值；

根据第一虚拟控制输入xmi,i＝1,2,3,4，并通过一个三阶滤波器进行平滑处理，得到外骨骼的参考位移、参考速度和参考加速度；其中，三阶滤波器的状态方程为：i＝1,2,3,4

xi(1)、xi(2)、xi(3)分别代表滤波后的参考位移、参考速度和参考加速度， 为xi(1)的一阶导数， 为xi(2)的一阶导数， 为xi(3)的一阶导数，令yi代表外骨骼参考位移，a1、a2、a3均为控制参数，设yi(s)＝xmi(s)，则yi到xi(1)传递函数G(s)为：通过传递函数，获取所需要的平滑的外骨骼参考位移xi(1)。

8.如权利要求5所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S5中，所述中层位置跟踪控制器的控制方法包括以下步骤：设第二跟踪误差 其中 定义一个转换方

程：

其中，K2取任意的非负数，为z2的一阶导数， 为xr的一阶导数，z3是第三跟踪误差；K2i表示K2的第i个元素；

令Bxeax3a＝YBBθ， 其中β为机械结构的模型参数，Bθ为关于T

各关节阻尼系数的矩阵，Bθ＝[B1 B2 B3 B4 B5 B6] ，B1、B2、B3、B4、B5、B6分别代表支撑腿踝关节、支撑腿膝关节、支撑腿髋关节、摆动腿髋关节、摆动腿膝关节和摆动腿踝关节处的阻尼系数；

则控制τactd的方法为：τact＝τacta+τacts+τactsn，其中τactsn为第二鲁棒反馈项，K3是第三线性反馈增益矩阵，分别是β、Bθ、Δ3an的估计值， 为对参数θq的

估计值 的最小值， 为对参数θq的估计值 的最大值，θqmaxi、θqmini分别为θq第i个元素的最大值和最小值， 的值在下层控制器中由自适应率 得到，其中φ3＝[Y T

YB I4×4]， Γ2是第二正定增益矩阵； 的映射函数为：式中，·i为自变量。

9.如权利要求5所述的欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制方法，其特征在于，在S5中，所述下层控制器的控制方法包括以下步骤：定义第四跟踪误差z4＝FL‑FLd，其中FL为液压缸的实际输出力，FLd为液压缸的期望输出力；

此阶段的误差方程写作： 其中 为FLd的一阶导数；

控制QL的方法为：QLd＝QLda+QLds，其中QLd为液压缸的期望流量，QLda为流量供给鲁棒反馈项，QLds为流量回流鲁棒反馈项； K4是第四线T

性反馈增益矩阵，βemin是βe的最小值；φ4c＝[‑qv I4×4] ， φ4＝[QLda ‑qv T T TI4×4] ， 是对βe、Δ4an的估计值，θu＝[βe Δ4an] ； 其中QLdsn为第三鲁棒反馈项， 为对参数θu的估计值 的最小值， 为对参数θu的估计值 的最大值；

估计值 的值在下层控制器中由自适应率 得到，其中

Γ3是第三正定增益矩阵， 的映射函数为：

式中，θumaxi，θumini分别为θu第i个元素的最大值和最小值，·i为自变量；

根据期望流量生成电压信号，根据电压信号在电液伺服阀中生成相应的电流信号；令TQLd＝[QLd2 QLd3 QLd4 QLd5]，其中，QLd2、QLd3、QLd4、QLd5分别为支撑腿膝关节伺服阀的期望输出流量、支撑腿髋关节伺服阀的期望输出流量，摆动腿膝关节伺服阀的期望输出流量，摆动腿髋关节伺服阀的期望输出流量，根据虚拟控制输入QL，得到电液伺服阀的控制电压u为：

10.一种欠驱动单腿支撑液压助力外骨骼的鲁棒控制装置，其特征在于，其包括：数据获取模块，其用于获取外骨骼的状态数据；所述状态数据包括特征数据和运动数据；所述运动数据包括：背部作用力、外骨骼各关节实际角度值、膝关节液压缸的实际压力、髋关节液压缸的实际压力和脚部支撑力；所述特征数据包括人机接口刚度、腰部刚度、腿脚部刚度、液压缸的腔室容积和各关节阻尼系数；

支撑状态判断模块，其用于分别判断所述左腿脚部和所述右腿脚部是否对地面施加压力；是则将所述左腿脚部或所述右腿脚部作为摆动腿；否则，将所述左腿脚部或所述右腿脚部作为支撑腿；

初始化模块，其用于初始化所述实时控制器的采样周期；所述初始化模块还用于控制所述脚板旋转至水平位置，并控制所述第一杆件、所述第二杆件以及所述背部旋转至竖直位置；

模型建立模块，其用于根据所述特征数据建立外骨骼的物理模型，并将所述物理模型转化为状态方程；其中，所述物理模型包括：人机接口模型、外骨骼的运动模型、液压驱动器的动力学模型、完整约束模型；

数据处理模块，其用于根据所述背部作用力和所述脚部作用力在所述上层控制器中获取外骨骼的参考位移；根据所述实际角度值在所述外骨骼的运动模型中获取所述背板的实际位移；根据所述参考位移和所述实际位移获取期望驱动力矩；根据所述膝关节液压缸的实际压力在所述液压驱动器的动力学模型中获取所述膝关节液压缸的实际输出力；根据所述髋关节液压缸的实际压力在所述液压驱动器的动力学模型中获取髋关节液压缸的实际输出力；根据所述期望驱动力矩、所述膝关节液压缸的实际输出力和所述髋关节液压缸的实际输出力获取电液伺服阀的期望流量；

电流信号生成模块，其用于根据电液伺服阀的期望流量生成相应的电流信号；

跟踪控制模块，其用于根据所述电流信号控制外骨骼各个关节的旋转，实现外骨骼的轨迹跟踪。