[发明专利]一种肢体功能性电刺激控制方法及肢体康复机器人

权利要求书

1.一种肢体功能性电刺激控制装置，其特征在于，所述功能性电刺激控制装置能够用于：

1)获取受试者肌肉缩张的数学模型，该数学模型的确定步骤如下：

对受试者的肢体肌肉进行一定强度范围的电刺激，检测受试者肢体肌肉在该强度范围的电刺激下的输出力；根据受试者的电刺激强度数据和肌肉输出力数据，确定受试者肌肉缩张的数学模型；

2)设置电刺激强度的初始值，作为设定自抗扰控制器的输入，将构建的受试者肌肉缩张的数学模型作为目标控制对象，利用所述自抗扰控制器对进行电刺激强度调整，输出受试者肌肉的最佳电刺激强度值；所述自抗扰控制器包括跟踪微分器、非线性状态误差反馈和扩张状态控制器；

所述扩张状态控制器的数学表达式如下：

式中，e为误差，x₁为肌肉输出力的状态变量，z₁、z₂为状态变量的估计值，z₃为总扰动，k代表当前时刻，h为控制周期，u为输出受试者肌肉的最佳电刺激强度值，β₀₁、β₀₂、β₀₃为增益系数；g(e)为所选误差函数，为肌肉力输出；令g(e)为fal函数：

式中，fal是非线性结构函数，α为0～1之间的设定常数，δ为误差区间设定值；

所述跟踪微分器的数学表达式如下：

式中，v₁为所述电刺激强度的初始值的过渡值，v₂为一阶微分信号，fhan为最速跟踪函数，fh为最速跟踪函数值，h为控制周期，r₀为跟踪增益系数；

所述非线性状态误差反馈的数学表达式如下：

式中，e₁(k)、e₂(k)均为状态误差，u₀为所述非线性状态误差反馈输出的控制信号，u为经过校正后的控制信号，α_p、α_D为0～1之间的常数，k_p、k_d为待调整参数，δ₀为误差区间设定值，b₀为补偿因子。

2.根据权利要求1所述的肢体功能性电刺激控制装置，其特征在于，确定所述电刺激强度的初始值步骤如下：

确定受试者肌肉输出力的理想值，将该值代入所述肌肉缩张的数学模型，进行求逆运算，得到所述电刺激强度的初始值。

3.根据权利要求1所述的肢体功能性电刺激控制装置，其特征在于，所述受试者肌肉缩张的数学模型采用Hammerstein模型，包括线性部分和非线性部分，表达式如下：

式中，f(u)为非线性部分的静态函数，实际中代表肌肉的募集曲线，u为输入量，即受试者的肌肉刺激强度；c₀、c₁...c_m为设定参数，通过实际测得输入、输出数据进行拟合得到，在本系统中m＝3；G(s)为线性部分的动态函数，代表肌肉的动态响应过程，s为极点，n为阶数，a₁...a_n-1,b₀为系统参数。