[发明专利]一种基于关节刚度和肌肉疲劳的康复机器人控制方法

摘要

本发明公开了一种基于关节刚度和肌肉疲劳的康复机器人控制方法。本发明采集受试者的关节角度信号和表面肌电信号，结合正、逆动力学原理，通过遗传算法辨识肌肉的个性化生理参数，建立个性化关节骨骼肌肉模型，计算运动过程中的关节刚度信息；计算运动过程中表面肌电信号的中值频率，并利用其相对变化值获取受试者的疲劳信息；采用关节刚度信息和运动疲劳信息对阻抗模型的参数进行自适应调整，同时通过饱和函数对刚度和阻尼参数进行约束，实现康复机器人自适应阻抗控制方法。本发明同时考虑与关节相关的刚度信息和肌肉相关的疲劳信息，将两者引入康复机器人控制，能够兼顾关节和肌肉在康复训练过程中的安全性，实现安全有效的康复训练。

主权项

1.一种基于关节刚度和肌肉疲劳的康复机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用运动采集与分析系统对表面肌电信号和关节角度信号进行同步采集，并分别对表面肌电信号和关节角度信号进行预处理，得到预处理之后的表面肌电信号和实际关节角度信号；步骤2：结合肌肉激活模型、Hill肌肉肌腱模型和骨骼肌肉几何模型建立关节刚度估计模型，将预处理后表面肌电信号EMG_ap和实际关节角度信号θ分别输入关节刚度估计模型和关节逆向动力学模型，利用遗传算法辨识出与受试者相匹配的生理参数，得到个性化关节刚度估计模型；步骤3：采集关节动作最大自主收缩时的表面肌电信号，通过肌肉协同理论分析受试者肌肉在运动过程中的平均贡献度，结合运动过程中计算的每块肌肉的中值频率，得到运动疲劳信息；步骤4：采集康复训练过程中的人机交互力矩，建立阻抗模型，设定康复机器人的刚度参数和阻尼参数的基础值，实现基于位置的阻抗控制模型；步骤5：设定康复机器人运行的期望轨迹，将关节刚度信息和运动疲劳信息引入基于位置的阻抗控制模型中调节刚度参数和阻尼参数，得到实际的运行轨迹。