[发明专利]一种五自由度上肢外骨骼系统鲁棒迭代学习控制策略

权利要求书

1.一种五自由度上肢外骨骼系统鲁棒迭代学习控制策略，其特征在于，操作步骤如下：

步骤1：建立包含未知参数和不确定项的五自由度上肢外骨骼系统动力学模型；

步骤2：利用VICON运动捕捉系统采集健康人体上肢运动数据，并通过拟合函数得到五自由度上肢外骨骼系统各关节的期望运动轨迹；

步骤3：根据步骤1中的五自由度上肢外骨骼系统动力学模型和步骤2所得的五自由度上肢外骨骼系统各关节的期望运动轨迹，采用迭代学习方法估计动力学模型中的未知参数，在此基础上设计自适应滑模控制器，得到自适应迭代学习滑模控制器；

步骤4：通过Lyapunov综合能量函数方法证明步骤3所设计的自适应迭代学习滑模控制器的稳定性和迭代收敛性；

步骤5：在SolidWorks软件中构建五自由度上肢外骨骼系统的虚拟样机，并通过MATLAB/Simulink模型和机械系统动态分析软件ADAMS联合仿真验证该控制策略的有效性。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度上肢外骨骼系统鲁棒迭代学习控制策略，其特征在于，步骤1中所述的五自由度上肢外骨骼系统为五自由度刚性机械臂，其标称动力学方程描述为如下模型：

式中q∈R⁵，依次为各关节的位置、速度和加速度；τ∈R⁵，为执行机构施加的关节输入力矩；M(q)∈R^5×5，为正定对称惯性矩阵；为离心力和哥氏力矩阵；G(q)∈R⁵，为重力矢量；τ_d∈R⁵，为外骨骼系统的集总干扰；令x＝[x₁,x₂]^T，x₁＝q，将式(1)非线性机器人标称动力学方程转换为如下形式：

式中集总干扰τ_d是由系统参数摄动ΔM(x₁)、ΔC(x₁,x₂)、ΔG(x₁)和非周期外部扰动d组成；

所述五自由度上肢外骨骼系统的各关节位置参考运动轨迹为：

式中x_di为第i个关节的期望运动轨迹，x_d∈R⁵，x₀表示初始时刻的常数，w_n为傅里叶级数心里频率，a_li、b_li、c_li均为常数，l为正常数，n表示轨迹的最大阶数。

3.根据权利要求1所述的一种五自由度上肢外骨骼系统鲁棒迭代学习控制策略，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：利用VICON运动捕捉系统采集健康人体上肢运动数据，并通过拟合函数得到健康人体运动轨迹，由MATLAB曲线拟合工具箱得到式(4)中的具体参数值，进而得到五自由度上肢外骨骼系统各关节的期望运动轨迹。

4.根据权利要求1所述的一种五自由度上肢外骨骼系统鲁棒迭代学习控制策略，其特征在于，所述自适应迭代学习滑模控制器的具体设计方法为：将五自由度上肢外骨骼系统动力学模型的系数矩阵作为迭代学习的输入，利用步长、滑模面、跟踪误差、期望运动轨迹四个参数作为迭代误差，通过闭环控制器进行迭代学习；将系统集总干扰作为自适应项，进行自适应控制。