[发明专利]一种独立于康复者质量的轮式康复机器人的控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及轮式康复机器人的自动控制领域，尤其是关于独立于康复者质量的轮式康复机器人的控制方法。

背景技术：

随着老龄化社会的到来，由于疾病和交通事故等原因，使步行功能障碍患者逐年增多。然而，我国医护资源的不足和医疗费用昂贵等问题，使许多患者错过了最佳恢复期，从而导致患者步行功能逐渐丧失，给家庭和社会带来沉重的负担。因此，发展康复机器人及时有效对患者进行步行功能训练，具有重要意义。

康复机器人按照医生指定的训练路径，对康复患者的腿部肌肉进行全面锻炼。当机器人运动时，系统某些参数的确定是很困难的，尤其是康复患者未知质量对机器人的影响，不仅会降低控制精度，而且会导致机器人重心和几何中心的不重合，往往使机器人重心偏移到固定位置。如果不从控制方法上解决机器人重心恒定偏移和康复患者质量问题，将不可避免地使机器人偏离医生指定的训练路径，这样不但影响训练效果，而且撞到障碍物会使系统不稳定，威胁康复患者的安全。

发明内容：

发明目的：

为了解决上述问题，本发明提供了一种独立于康复者质量的轮式康复机器人的控制方法。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种独立于康复者质量的轮式康复机器人的控制方法，其特征在于：步骤如下：

1）分析康复机器人刚性车轮与地面的接触特性，建立重心偏移的动力学模型，基于该模型，根据康复者实际训练过程中重心偏移到固定点，得到重心恒定偏移的特性；

2）基于路径跟踪误差和速度跟踪误差，设计独立于康复者质量特征的控制器，解决康复者质量定常改变问题，并且避免了对康复者质量参数进行自适应估计；

3）基于89S51系列高性能单片机将输出信号提供给电机驱动单元，使机器人实现对参考轨迹信号的跟踪。

步骤1）是根据地面力学理论，建立重心偏移的动力学模型：

M0KX··+M0K·X·=B(θ)F---(1)]]>

其中M₀为包含机器人质量M、康复者质量m和转动惯量I₀的系数矩阵，K为机器人偏移重心到各轮子距离的系数矩阵，X为机器人的实际行走路径，B(θ)为机器人旋转角度构成的系数矩阵，F表示机器人的控制输入力，θ表示水平轴和机器人中心到第一个轮子距离间的夹角，有θ＝θ₁，θ₃＝θ+π，θ4=θ+3π2.]]>

步骤2）解决康复者质量定常改变问题是指，解决不同体重康复者使康复机器人重心发生恒定偏移问题，对动力学模型（1）系数矩阵M₀K进行矩阵分解，将康复者质量m与机器人质量M和转动惯量I₀进行分解，将式（1）的两侧同时左乘分离后含有机器人质量M和转动惯量I₀的系数矩阵将式（1）化为如下表达形式: