[发明专利]康复机器人抑制结构变化的指定暂态时间稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种康复机器人抑制结构变化的指定暂态时间稳定控制方法。其特征为：利用康复训练机器人的动力学模型，拆分与偏心距和偏心角相关的结构变化物理量，建立刻画康复训练机器人具有结构不确定的动力学模型；提出一种有限个隐含层节点的随机配置网络(Finite Stochastic Configuration Networks，FSCN)，以轨迹跟踪误差为网络输入，获得结构不确定变化估计，构建康复训练机器人具有结构不确定估计的动力学模型；提出指定暂态时间稳定控制方法，通过分别设计暂态时间和稳态时间控制器，抑制结构变化对人机系统跟踪性能的影响，同时实现指定暂态时间的稳定跟踪控制。

技术领域：

本发明涉及轮式康复机器人的控制领域，尤其是关于轮式下肢康复机器人的控制方法。

背景技术：

随着高龄人口增多，疾病及自然衰老导致老年人出现步行功能障碍，若不及时进行康复训练恢复腿部肌肉力量及平衡能力，将严重影响老年人的日常生活。随着康复步行机器人在康复中心、养老院等场所的应用，及时解决了老年人的步行康复问题。然而，在实际应用中，训练者位姿的变化导致人和机器人的中心不重合，使人机系统产生偏心距、偏心角，进而使人机系统的结构发生不确定变化，这一因素严重影响了机器人对医生指定运动轨迹的跟踪精度，不仅导致训练者的康复效果不理想，而且过大的轨迹跟踪误差会使机器人发生碰撞危险，影响人机系统安全。因此，解决人机系统结构变化问题对提高康复机器人跟踪精度和安全性具有重要意义。

近年来，康复步行机器人轨迹跟踪控制已有许多研究成果，然而这些结果都无法解决人机系统的结构不确定变化问题。如果步行训练中机器人不能适应系统的结构变化，不仅影响跟踪精度，而且过大的轨迹跟踪误差会使机器人碰撞周围的物体，从而威胁训练者的安全。到目前为止，还没有关于人机系统结构不确定变化的估计方法，以及指定暂态时间的稳定控制方法，本发明基于新视角利用FSCN方法建立了结构不确定变化的估计模型，并提出了抑制结构变化的指定暂态时间稳定跟踪控制方法，对提高机器人快速稳定跟踪具有重要意义。

发明内容：

发明目的：

为了解决上述问题，本发明提供了一种康复机器人抑制结构变化的指定暂态时间稳定控制方法。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种康复机器人抑制结构变化的指定暂态时间稳定控制方法，其特征在于：

1)利用康复训练机器人的动力学模型，拆分与偏心距和偏心角相关的结构变化物理量，建立刻画康复训练机器人具有结构不确定的动力学模型；

2)提出一种有限个隐含层节点的随机配置网络FSCN，以轨迹跟踪误差为网络输入，获得结构不确定变化估计，构建康复训练机器人具有结构不确定估计的动力学模型；

3)提出指定暂态时间稳定控制方法，通过分别设计暂态时间和稳态时间控制器，抑制结构变化对人机系统跟踪性能的影响，同时实现指定暂态时间的稳定跟踪控制。

步骤如下：

步骤一)利用康复训练机器人的动力学模型，拆分与偏心距和偏心角相关的结构变化物理量，建立刻画康复训练机器人具有结构不确定的动力学模型。其特征在于：系统的动力学模型描述如下

其中