[发明专利]面向上肢穿戴机器人的人机博弈控制方法及系统

权利要求书

1.一种面向上肢穿戴机器人的人机博弈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在任务进行时利用末端手柄交互力传感器，实时记录使用者在运动时上肢的端点力数据，建立使用者和上肢穿戴机器人各个基本任务的能力矩阵和任务匹配矩阵，每一个基本任务都根据人和上肢穿戴机器人的能力矩阵和任务匹配矩阵进行任务分配；

步骤S2：将任务分配的结果输入基于博弈论的人机零和游戏数学模型中，计算出机器人的最佳刚度值；

步骤S3：将机器人刚度值和实时端点力输入机器人阻抗模型，计算出机器人末端在笛卡尔空间的参考轨迹；

步骤S4：将笛卡尔空间的参考轨迹通过机器人逆运动学计算出在关节空间的参考轨迹，建立机器人的动力学模型，并确定模型参数，建立李雅普诺夫方程，推导得到自适应控制器和自适应率。

2.根据权利要求1所述的一种面向上肢穿戴机器人的人机博弈控制方法，其特征在于，所述步骤S1：

使用者和机器人共同完成的任何复杂或多进程任务都分解为多个简单的基本任务Υ＝{Υ₁,Υ₂,…,Υ_n}，Υ₁,Υ₂,…,Υ_n为分解成的n个基本任务，一个任务是由一个四元组组合而成任务匹配矩阵Υ_i＝(W_i,S_i,N_i)，S_i为某项基本任务的状态，N_i代表人或者机器人的能力矩阵，W_i代表能力需求向量；

人或机器人为完成某项基本任务而进行的任务合作或者竞争行为，这些行为是基于人和机器人单独成功执行该任务所需的能力矩阵N_i和任务匹配矩阵Φ_i；

一个基本任务分解为：

所以复杂任务表示为：

通过上述方法可以将任务分解为简单的基本任务，通过下面的任务匹配矩阵对单个基本任务进行分配：

任务匹配矩阵反映了机器人或人对每个基本任务的适合程度，人或机器人对于某项基本任务的匹配是基于人的运动意图，任务匹配矩阵Φ_i定义为：

其中，ω_i为辅助矩阵Θ的第i个元素；

辅助矩阵Θ被定义为：

其中，

H_i为任务匹配度向量，∏表示加权矩阵；

由于人具有较强的认知能力和决策能力，所以当任务中有许多复杂的需要决定的情况时，人是最适合领导任务的，通过末端手柄交互力传感器测量人对机器人的末端力来衡量人对某基本任务的匹配度，当人放松，末端力减少，人对基本任务的匹配度降低，该任务分配给机器人领导；当人施加较大的末端力，人对基本任务的匹配度提高，该基本任务分配给人来领导。

3.根据权利要求1所述的一种面向上肢穿戴机器人的人机博弈控制方法，其特征在于，所述在步骤S2：

某基本任务分配给人来领导时：

首先将机器人阻抗模型转为状态方程

在机器人阻抗模型中：M_d为机器人惯性矩阵，C_d为机器人阻尼矩阵，为参考加速度，为参考速度，u为机器人刚度，f为末端作用力，表示机器人的末端状态；

在状态方程中：

建立人的控制目标和机器人的控制目标其中，Γ_h表示人的控制目标，Γ_r表示机器人的控制目标，ξ为状态量，Q为权重矩阵，R₁为机器人权重，R₂为人权重；

根据黎卡提方程计算出最佳力f^*和机器人最佳刚度u^*。