[发明专利]一种下肢外骨骼康复机器人康复训练的控制方法

摘要

本发明公开了一种下肢外骨骼康复机器人康复训练的控制方法，通过对下肢外骨骼康复机器人进行建模，得到模型方程，再构建自适应控制器和控制率计算公式，对于其中未确定的控制增益参数，通过预先训练得到，然后实际测得下肢外骨骼康复机器人膝关节和髋关节的转动角和转动速度，最后将实际参数代入自适应控制率计算公式，从而得到时刻t的自适应控制器，驱动装置根据自适应控制率向下肢外骨骼康复机器人施加作用力。

主权项

一种下肢外骨骼康复机器人康复训练的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、对下肢外骨骼康复机器人进行建模，得到下肢外骨骼康复机器人的控制方程为：M(q(t))q··(t)+V(q(t),q·(t))+G(q(t))=τ(t)---(1)]]>其中，q(t)表示膝关节和髋关节的转动角；表示膝关节和髋关节的转动速度；表示膝关节和髋关节的转动加速度；τ(t)为自适应控制器；M(q(t))表示下肢外骨骼康复机器人模型的惯性矩阵；G(q(t))表示下肢外骨骼康复机器人模型的重力；表示下肢外骨骼机器人模型的离心和哥氏力项矩阵；其中，M(q(t))=(14m1+m2)a12+14m2a22+m2a1a2cos(q2(t))14m2a22+m2a1a2cos(q2(t))14m2a22+m2a1a2cos(q2(t))14m2a22]]>V(q(t),q·(t))=12m2a1a2sin(q2(t))-2q·2(t)-q·2(t)q·1(t)0]]>G(q(t))=(12m1+m2)ga1cos(q1(t))+12m2ga2cos(q1(t)+q2(t))12m2ga2cos(q1(t)+q2(t))]]>其中：m1,m2分别表示膝关节和髋关节的质量；a1,a2分别表示膝关节和髋关节的长度，g为重力常数；令：则得到：对公式(1)进行线性化，得到：其中，为时间函数组成的矩阵，且与膝关节和髋关节的转动角q(t)、转动速度相关；表示机器人模型中的未知参数；(2)、构建自适应控制器τ(t)，及自适应控制率其中，分别为：惯性矩阵的估计值、离心和哥氏力项矩阵的估计值、重力的估计值；为的估计,随着时间的推移，不断趋近于真值为的一阶导数；e(t)＝qd(t)‑q(t)，表示跟踪误差向量，其中，qd(t)为膝关节和髋关节预期到达的转动角；Ω(t)=[0,0,e·(t)T]T;]]>Kv和Kp是控制增益参数，通过预先训练得到，训练方法为：预先通过MATLAB软件仿真一个下肢外骨骼康复机器人系统，设置自适应控制器τ(t)中其他各个参数，再根据边界控制器τ(t)和步骤(1)中的控制方程进行仿真训练，其训练目标是令下肢外骨骼康复机器人系统中各关节的跟踪误差e(t)≤M％，0≤M＜100；(3)、在时刻t,采用光电编码器采集膝关节和髋关节的转动角q(t)和转动速度(4)、将步骤(3)得到的实际参数代入步骤(2)得到自适应控制率从而得到时刻t的自适应控制器τ(t)，驱动装置再根据自适应控制器τ(t)向下肢康复机器人施加作用力，驱动关节转动到qd(t)。