[发明专利]基于生物阻抗辨识的机器人辅助肌力混杂控制方法及控制系统

摘要

本发明提供一种基于生物阻抗辨识的机器人辅助肌力混杂控制方法及控制系统，该方法包括：根据肌力训练过程中患肢主动作用力、患肢实际运动位置与平衡位置之差，建立二阶时变患肢生物阻抗模型；根据患肢生物阻尼估计值和刚度估计值对患肢在目标阻力作用下的肌力状态进行评估；依据患肢肌力状态评估以及机器人工作状态及其工作参数是否超过事先定义的阈值，定义并通过连续/离散转换接口将患肢肌力/机器人工作连续状态转换为与区域状态切换及患者安全相关的离散事件；基于混杂自动机理论配置离散事件决策控制器；配置机器人辅助训练PD力跟踪控制器，利用本发明可提高机器人辅助肌力训练系统的控制柔顺性和安全性。

主权项

一种基于生物阻抗辨识的机器人辅助肌力混杂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据肌力训练过程中患肢主动作用力、患肢实际运动位置与平衡位置之差，运用遗忘因子自适应调整的最小二乘递推辨识算法建立如下二阶时变患肢生物阻抗模型：其中，、分别为患肢生物阻尼和生物刚度，为患肢主动作用力，为患肢实际运动位置与平衡位置之差，为患肢运动速度变化；步骤2、根据患肢生物阻尼估计值和刚度估计值，对患肢在目标阻力作用下的肌力状态进行评估，其中患肢生物阻尼估计值和刚度估计值的表达如下：，式中，，为采样周期；步骤3、依据步骤2的患肢肌力状态评估，以及机器人工作状态及其工作参数是否超过事先定义的阈值，定义并通过连续/离散转换接口，，将患肢肌力/机器人工作连续状态转换为如下与区域状态切换及患者安全相关的离散事件；步骤4、基于混杂自动机理论配置离散事件决策控制器；以及步骤5、使机器人末端施加给患肢的实际阻力更好地逼近于步骤4离散决策控制器所确定的目标阻力，配置下述机器人辅助训练PD力跟踪控制器、即比例‑微分力跟踪控制器：其中，，分别为PD力跟踪控制器增益，，分别为离散决策控制器所确定的目标阻力和机器人末端施加给患肢的实际阻力，为根据力跟踪控制器得到的施加给机器人相应关节的力矩。