[发明专利]一种外骨骼机器人被动训练用在线力矩生成器

权利要求书

1.一种外骨骼机器人被动训练用在线力矩生成器，所述外骨骼机器人为主要由左髋、左膝、右髋、右膝四个关节构成的机械电子动力装置，每个关节均包括直流伺服电机、电机编码器、霍尔传感器和谐波减速机构，关节驱动耦合杆件进行运动，并结合绑带固连件使患者和外骨骼机器人进行同步运动；其特征在于：所述线力矩生成器包括运动数据采集与处理模块、基于遗传算法的人机耦合动力学模型、在线步态轨迹生成模块、在线力矩生成模块和电机驱动模块；

所述运动数据采集与处理模块在外骨骼机器人载人运动时采集i时刻的检测值，包括电机编码器的脉冲值A_ij和霍尔传感器的力矩值F_ij，根据脉冲与角度的关系，基于电机编码器的脉冲值A_ij计算实际角度值θ_ij；其中j表示关节编号，j＝1表示左腿髋关节，j＝2表示左腿膝关节，j＝3表示右腿髋关节，j＝4表示右腿膝关节；

记i时刻外骨骼机器人的脉冲值为A_i＝{A_ij}，i时刻外骨骼机器人的力矩值为F_i＝{F_ij}，i时刻外骨骼机器人的位置为

基于通过等值差分运算得到等采样时间间隔下对应的速度和加速度和分别为θ_ij的一阶导数和二阶导数，将称为i时刻外骨骼机器人的实际步态轨迹；

将和F_i输入到人机耦合动力学模型，对外骨骼机器人的动力学参数进行优化训练，得到符合当前人体的人机耦合动力学参数集S；

所述在线步态轨迹生成模块根据人体实际重心高度H_iR和人体标准站立位重心高度H_i0之间在重力加速度方向上的偏差计算空间修正参数α，并使用空间修正参数α对进行修正得到i+1时刻在线步态轨迹预测值在线位置预测值在线速度预测值在线加速度预测值人体重心为人体盆骨中心点；

将输入到在线力矩生成模块，集合人机耦合动力学参数集S，经阻抗控制系统、重力在线补偿系统、哥氏力离心力及摩擦力在线补偿系统进行修正得到i+1时刻外骨骼机器人的力矩控制值为FA_i+1＝{FA_(i+1)j}；

所述电机驱动模块通过执行力矩控制值FA_i+1，驱动外骨骼机器人运动。

2.根据权利要求1所述的外骨骼机器人被动训练用在线力矩生成器，其特征在于：根据外骨骼机器人的位置求取速度和加速度的处理方法为中心差分法，根据位置、速度和加速度的起始与结束的边界约束，即能够得到实际步态轨迹的时间序列；对外骨骼机器人的力矩值F_i，使用零相移巴特沃斯低通滤波器进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的外骨骼机器人被动训练用在线力矩生成器，其特征在于：采用遗传算法优化人机耦合动力学参数集S，人机耦合动力学参数集S中的参数包括：耦合杆件惯量、耦合杆件质心、耦合杆件质量、关节动摩擦系数、关节静摩擦系数和电机惯量。