[發明專利]腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法及系統

有效

• 申請號: 201610828311.6
• 申請日: 2016-09-18
• 公開（公告）號: CN106621209B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 謝叻;王依晴;鄧澤;洪武洲;顧靈凱
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A63B23/14
• 分類號: A63B23/14;A63B24/00;A63B21/005
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 徐紅銀;郭國中

1.一種腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：包括力反饋部分和三閉環控制部分，其中：

所述力反饋部分，包括以下步驟：

步驟1：由安裝在腕部康復機器人上的力/力矩傳感器檢測出人體腕部施加給腕部康復機器人的力/力矩；

步驟2：將所測力/力矩換算為等效電流；

步驟3：通過判斷等效電流與等效電流限幅值的大小關系確定三閉環控制中電流環的前饋部分的值；

所述三閉環控制部分，包括位置環、速度環、電流環，位置環的輸入為已測得的腕部運動軌跡數據，通過位置環部分，得到的輸出為電機轉速給定，并作為速度環的輸入值，再經過速度環部分，得到的輸出電流作為電流環的給定值，而上述力反饋部分的輸出值則是電流環的前饋部分輸入，經過電流環部分，輸出得到電機轉速值，從而驅動電機，實現控制目的。

2.根據權利要求1所述的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：所述電流環，用于快速響應給定電壓的變化，同時在電機啟動時，允許電機以大電流啟動從而加快啟動過程。

3.根據權利要求2所述的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：所述電流環，其調節器采用PI調節器。

4.根據權利要求1所述的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：所述速度環，其調節器采用PI控制器。

5.根據權利要求1所述的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：所述位置環，其調節器采用滑模變結構調節器。

6.根據權利要求1-5任一項所述的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制方法，其特征在于：令i_eq表示所測力/力矩換算得到的等效電流，i_max表示力反饋等效電流的限幅值，用以防止患者用力過大導致二次受傷，i_ff表示三閉環控制部分中的電流前饋部分，若i_eq＞i_max，則令i_ff＝i_max，即將電流限幅值i_max作為后面三閉環控制部分中電流環的前饋部分，若i_eq≤i_max，則有i_ff＝i_eq，即將患者力或力矩的等效換算電流作為三閉環控制部分的電流環的前饋部分，因此，力和力矩以電流信號的形式將患者施力情況反饋到電機控制環中，從而實現力反饋。

7.一種用于實現權利要求1-6任一項所述方法的腕部康復機器人助動訓練的力反饋控制系統，其特征在于：包括力反饋模塊和三閉環控制模塊，其中：

所述力反饋模塊，包括由安裝在腕部康復機器人上的力/力矩傳感器，所述傳感器檢測出人體腕部施加給設備的力/力矩，將所測力/力矩換算為等效電流，通過判斷等效電流與等效電流限幅值的大小關系確定三閉環控制模塊中電流環前饋部分的值；

所述三閉環控制模塊，包括位置環、速度環、電流環，其中，位置環的輸入為已測得的腕部運動軌跡數據，通過位置環部分，得到的輸出為電機轉速給定，并作為速度環的輸入值，再經過速度環部分，得到的輸出電流作為電流環的給定值，而上述力反饋模塊的輸出值則是電流環的前饋部分輸入，經過電流環部分，輸出得到電機轉速值，從而驅動電機，實現控制目的。