[发明专利]一种基于代数方法的膝关节外骨骼关节状态估计方法

摘要

本发明提出一种基于代数方法的膝关节外骨骼关节状态估计方法，首先对膝关节外骨骼进行建模，再使用Laplace变换将其变换到复频域并对其求导，然后将等式进行二重积分以减轻噪声干扰的影响，接着基于滑动窗方法对其进行逆变换求出膝关节外骨骼角度估计表达式，随后在求得角度估计式的基础上求得角速度估计表达式，最后在角度和角速度估计式的基础上求得角加速度表达式。该方法能快速估计出状态且没有延迟；其次能对角度传感器测出的状态进行滤波，剔除白噪声的干扰；能估计出角速度和角加速度，无需使用传感器；该方法十分适用于机器人关节状态估计，是一种有效的估计方法。

主权项

1.一种基于代数方法的膝关节外骨骼关节状态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立膝关节外骨骼机器人的阻抗模型，包括人体膝关节的阻抗模型和膝关节外骨骼的阻抗模型，然后将两者联立形成最终的膝关节外骨骼人机交互模型；步骤2、对步骤1的人机交互阻抗模型建立角度状态估计器：对膝关节外骨骼输入/输出表达式进行Laplace变化，利用代数方法进行推导，可以得到膝关节外骨骼的角度估计表达式；步骤3、基于步骤2得到的膝关节外骨骼角度的估计结果，利用代数方法得到出膝关节外骨骼角速度的估计表达式。步骤4、基于步骤2得到的膝关节外骨骼角度的估计结果以及步骤3得到的膝关节外骨骼角速度估计结果，利用代数方法表示出膝关节外骨骼角加速度的估计表达式；步骤5、基于前面步骤得到的膝关节外骨骼角度、角速度和角加速度估计结果，使用低通滤波器对初始时刻的尖锐毛刺进行消除，得到比较平滑的三种运动状态的估计表达式。