[发明专利]腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法及系统

权利要求书

1.一种腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：包括力反馈部分和三闭环控制部分，其中：

所述力反馈部分，包括以下步骤：

步骤1：由安装在腕部康复机器人上的力/力矩传感器检测出人体腕部施加给腕部康复机器人的力/力矩；

步骤2：将所测力/力矩换算为等效电流；

步骤3：通过判断等效电流与等效电流限幅值的大小关系确定三闭环控制中电流环的前馈部分的值；

所述三闭环控制部分，包括位置环、速度环、电流环，位置环的输入为已测得的腕部运动轨迹数据，通过位置环部分，得到的输出为电机转速给定，并作为速度环的输入值，再经过速度环部分，得到的输出电流作为电流环的给定值，而上述力反馈部分的输出值则是电流环的前馈部分输入，经过电流环部分，输出得到电机转速值，从而驱动电机，实现控制目的。

2.根据权利要求1所述的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：所述电流环，用于快速响应给定电压的变化，同时在电机启动时，允许电机以大电流启动从而加快启动过程。

3.根据权利要求2所述的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：所述电流环，其调节器采用PI调节器。

4.根据权利要求1所述的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：所述速度环，其调节器采用PI控制器。

5.根据权利要求1所述的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：所述位置环，其调节器采用滑模变结构调节器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制方法，其特征在于：令i_eq表示所测力/力矩换算得到的等效电流，i_max表示力反馈等效电流的限幅值，用以防止患者用力过大导致二次受伤，i_ff表示三闭环控制部分中的电流前馈部分，若i_eq＞i_max，则令i_ff＝i_max，即将电流限幅值i_max作为后面三闭环控制部分中电流环的前馈部分，若i_eq≤i_max，则有i_ff＝i_eq，即将患者力或力矩的等效换算电流作为三闭环控制部分的电流环的前馈部分，因此，力和力矩以电流信号的形式将患者施力情况反馈到电机控制环中，从而实现力反馈。

7.一种用于实现权利要求1-6任一项所述方法的腕部康复机器人助动训练的力反馈控制系统，其特征在于：包括力反馈模块和三闭环控制模块，其中：

所述力反馈模块，包括由安装在腕部康复机器人上的力/力矩传感器，所述传感器检测出人体腕部施加给设备的力/力矩，将所测力/力矩换算为等效电流，通过判断等效电流与等效电流限幅值的大小关系确定三闭环控制模块中电流环前馈部分的值；

所述三闭环控制模块，包括位置环、速度环、电流环，其中，位置环的输入为已测得的腕部运动轨迹数据，通过位置环部分，得到的输出为电机转速给定，并作为速度环的输入值，再经过速度环部分，得到的输出电流作为电流环的给定值，而上述力反馈模块的输出值则是电流环的前馈部分输入，经过电流环部分，输出得到电机转速值，从而驱动电机，实现控制目的。