[发明专利]一种仿生手臂模块化关节的自适应控制系统

说明书

本发明涉及一种仿生手臂模块化关节的自适应控制系统，该模块化关节安装在仿生手臂和人体肩部之间，该系统包括采集模块、处理模块、自适应控制器模块和扭矩计算器模块，采集模块获取初始控制电压组，经过处理模块处理后得到负载扭矩、待输入电流和待输入转速，将负载扭矩、待输入电流、待输入转速和提前设定的额定转速输入到自适应控制器模块中得到一号电压组，一号电压组经过处理模块处理后得到模块化关节的补偿控制电压，将补偿控制电压输入至处理模块，得到编码值，处理模块根据编码值驱动模块化关节。与现有技术相比，本发明通过获取易控制的电流电压值实现了自适应控制的要求，具有实时性强、控制精确等优点。

技术领域

本发明涉及仿生医疗装置技术领域，尤其是涉及一种仿生手臂模块化关节的自适应控制系统。

背景技术

目前中国肢体残疾人口约为2500万，占残疾人人口总量的29.4％，其中很大部分是上肢截肢患者。上肢截肢患者缺失了正常的身体机能，工作生活难以自理，从而催生了上肢假肢研究的需求。模块化关节作为智能仿生假肢的动力源，相比传统的仿生机械臂，重量更低，集成度更高，控制更精确。但是由于模块化关节中无刷直流电机的方波驱动和谐波减速器中非线性的摩擦力矩，这属于模块化关机的内部不确定变量，对关节模块系统的动态性能影响很大，传统的基于模块化关节的控制忽略了系统的动态特性,不能满足复杂非线性系统的控制要求，这也就导致了其误差大，易引起超调且容易产生振荡，不能达到对仿生手臂假肢的控制要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿生手臂模块化关节的自适应控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种仿生手臂模块化关节的自适应控制系统，所述模块化关节安装在仿生手臂和人体肩部之间，包括采集模块、处理模块、自适应控制器模块和扭矩计算器模块；

所述采集模块获取模块化关节的初始控制电压组，经过处理模块处理后得到待输入电流组和待输入转速；

将待输入电流组和待输入转速输入扭矩计算器模块后得到负载扭矩，将负载扭矩、待输入电流、待输入转速和提前设定的额定转速输入到自适应控制器模块中得到一号电压组；

所述一号电压组经过处理模块处理后得到模块化关节的补偿控制电压，将补偿控制电压输入至处理模块，得到编码值，处理模块根据所述编码值驱动模块化关节。

进一步地，所述处理模块包括SVPWM器、逆变器、Clarke变换器、Park变换器、转子位置传感器和反Park变换器，

所述一号电流组通过所述SVPWN器和逆变器将初始控制电压转换为三相电流输入至Clarke变换器得到；

所述待输入电流组通过所述Clarke变换器将所述一号电流组输入至Park变换器得到；

所述待输入转速通过所述Clarke变换器将所述一号电流组输入至转子位置传感器，所述转子位置传感器结合控制电压计算得到；

所述补偿控制电压通过将一号电压组输入至反Park变换器得到

所述编码值通过将所述补偿控制电压再次输入至SVPWM器和逆变器得到，逆变器根据所述编码值驱动模块化关节。

进一步地，当模块化关节需要再次进行自适应调节时，逆变器输出的编码值可以作为下一次自适应控制的三相电流，直接输入至Clarke变换器，完成第二次自适应控制。

进一步地，所述自适应控制器模块的控制板为STM32。

进一步地，所述逆变器通过MOS管开关驱动模块化关节。

进一步地，所述模块化关节一端连接人体肩部，一端连接仿生手臂，所述模块化关节与人体肩部之间可进行拆卸，所述自适应控制系统安装在模块化关节靠近人体肩部的一端。