[发明专利]一种基于肌电信号的康复机器人控制方法在审

专利信息
申请号: 201910250335.1 申请日: 2019-03-29
公开(公告)号: CN110279986A 公开(公告)日: 2019-09-27
发明(设计)人: 宋嵘;申志航 申请(专利权)人: 中山大学
主分类号: A63B23/08 分类号: A63B23/08;A63B21/00;A63B24/00;A63B71/06
代理公司: 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 代理人: 陈卫;禹小明
地址: 510220 *** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 康复机器人 肌电信号 平滑性 控制器实现 康复效果 模型建立 期望轨迹 期望位置 信号获得 运动意图 平滑化 再利用 多环 采集 健康
【说明书】:

发明公开了一种基于肌电信号的康复机器人控制方法,通过采集使用者的sEMG信号获得其期望位置,再利用平滑化模型建立期望轨迹,最后采用位置,速度和加速度多环控制器实现动作的平滑性。本发明既考虑了使用者的运动意图,又实现了动作的平滑性,具有类人化的特性,即使得动作更符合正常情况下的健康人,从而提高康复效果。

技术领域

本发明涉及康复机器人控制领域,特别涉及一种基于肌电导纳控制的平滑控制策略。

背景技术

目前关于康复机器人的控制算法聚焦在主动控制,即人机协同控制。如何将人的运动意图或表现渗入控制策略中以及如何让机器人的动作更加类人化是该领域的热点和难点。

最常见的主动控制为阻抗/导纳控制,该方法基于人机交互力信号来调整控制参考量(参考位置或参考力),从而实现人机柔顺性。此外,部分学者采用基于受试者表现的控制策略,该方法能基于受试者的运动表现实时调整机器助力,使得助力与运动表现匹配,可以一定程度上促进受试者主动参与康复训练中。上述的方法能够很好地将人的运动意图或表现融入到控制策略中,但未考虑如何使得机器在协助受试者过程中将运动更加类人化。一般情况下,正常人的自然动作是趋于轨迹最平滑的方向上。因此本发明在通过肌电预测运动意图的基础上提出一种轨迹平滑化模型和平滑控制策略,既考虑人的运动意图,又实现了患者动作的平滑化和平稳性,即实现动作的类人化,达到有效的康复治疗效果。

发明内容

本发明要解决的问题是如何让机器协助患者完成更加类人化的动作,在根据使用者的意图控制下,使得机器的协调过程更加类人化,以达到有效的康复效果。

为了解决上述问题,本发明提供了一种基于肌电信号的康复机器人控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:获取使用者运动的主动肌和拮抗肌的sEMG(表面肌电信号)信号,将 sEMG信号输入关节力矩预测模型获得使用者的关节力矩τha(t);

S2:将关节力矩τha输入导纳控制器中,得到期望位置qd

S3:利用平滑化模型将期望位置qd建立期望轨迹qd(t),对qd(t)依次微分,获得到期望速度vd(t)和期望加速度ad(t);

S4:获取机器人关节实际轨迹q(t),速度v(t)和加速度a(t),将期望轨迹qd(t),期望速度vd(t),期望加速度ad(t)和实际轨迹q(t),实际速度v(t)和实际加速度a(t) 输入到多环控制器中,得到机器力矩τrob(t),将其输出。通过控制器中基于期望位置qd建立的期望轨迹qd(t),有利于将实际机器人的行动轨迹更加平滑,使得控制更加平滑、类人。

可选的,所述的S2中导纳控制器设计为其中τha为使用者的关节力矩,B和K分别为关节阻尼和刚度。

可选的,S3中的平滑化模型设计为 qd(t)=a+b(t-ti)+c(t-ti)2+d(t-ti)3+e(t-ti)4+f(t-ti)5,t∈[ti,tf],其中ti和tf分别表示动作初始时间和末尾时间,a-f为常系数;当t=tf时,有qd(t)=qd

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