[发明专利]康复机器人及其人机协同交互力控制方法

权利要求书

1.一种康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，所述康复机器人包括具有至少一关节的机械臂，所述康复机器人人机协同交互力控制方法包括：

检测患者患侧肢作用于所述机械臂的作用力矩；

基于所述作用力矩，生成所述机械臂的目标运动轨迹；

基于拉格朗日方法，建立所述机械臂的动力学模型；

利用逆动力学原理计算产生所述目标运动轨迹所需的关节力矩；

计算所述关节的摩擦补偿力矩和所述患者患侧肢的动力学补偿力矩；

将所述关节力矩、所述作用力矩、所述动力学补偿力矩及所述摩擦补偿力矩，作为所述机械臂的控制输入；

计算摩擦补偿力矩和所述患者患侧肢的动力学补偿力矩的步骤包括：

在所述关节启动后进行运动摩擦补偿，关节速度ω与运动摩擦力矩之间的数学模型

其中，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆为系数。

2.如权利要求1所述的康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，所述康复机器人人机协同交互力控制方法还包括：

实时获取所述关节反馈的运动信息，与所述目标运动轨迹比较后进行PD反馈力矩控制。

3.如权利要求1所述的康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，所述动力学模型为：

其中，τ是关节合力矩向量，q是关节角度位置向量，M(q)是惯性矩阵，是科氏力和离心力矩阵，G(q)是机械臂重力向量，B是粘性摩擦项，D是动摩擦项，τ_m是控制所述关节活动的电机产生的力矩，τ_h是由所述患者患侧肢的重力产生的力矩，τ_F是所述患者患侧肢的所述作用力矩。

4.如权利要求1所述的康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，基于所述作用力矩，生成所述康复机器人的目标运动轨迹的步骤，包括：

检测所述关节的实际力矩；

获取所述机械臂与所述患者患侧肢的重力之和对所述关节作用的参考力矩；

计算所述实际力矩与所述参考力矩之间的差值，若所述差值为正则表示所述患者患侧肢的运动趋势与重力方向相同，若所述差值为负则表示所述患者患侧肢的运动趋势与重力方向相反；

对所述差值进行PID控制调节，得到运动方向及运动速度：

其中，Y(s)是传递函数，I(s)是输出速度，F(s)是检测到的力矩输入，I、B和K分别是积分、微分和比例系数；

根据所述运动方向及所述运动速度，计算所述目标运动轨迹。

5.如权利要求2所述的康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，进行PD反馈力矩控制的控制律：

其中，τ是作用于所述关节的指令力矩，τ_PD是PD反馈力矩，K_P和K_V分别是比例和微分系数，e是位置误差，q是关节角度位置向量，q_d是关节角度目标位置向量。

6.如权利要求1所述的康复机器人人机协同交互力控制方法，其特征在于，计算摩擦补偿力矩和所述患者患侧肢的动力学补偿力矩的步骤包括：

在所述关节启动前进行启动摩擦补偿，在所述关节启动后取消所述启动摩擦补偿，所述启动摩擦补偿与所述关节的运动方向相同。