[發明專利]一種柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域預測方法

有效

• 申請號: 202010522807.7
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111631914B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李元;訾斌;周斌;陳兵;孫智;楊正蒙
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;A61H1/02;G06F17/16
• 代理公司: 合肥三川專利代理事務所(普通合伙) 34150
• 代理人: 李霞

本發明公開了一種柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域預測方法，其具體步驟如下：步驟一：根據柔索驅動腰部康復機器人幾何模型，建立其訓練過程中的角度狀態響應方程，步驟二：將角度狀態響應方程轉換為角度狀態響應等效方程；步驟三：建立角度狀態響應區間等效方程，步驟四：對區間向量及區間矩陣在所引入區間向量的均值處近似展開，步驟五：根據攝動理論得到角度狀態響應中點值及變化區間半徑，步驟六：獲取角度狀態響應區間向量的上下界值；步驟七：結合步驟五和步驟六，即可獲取角度及受力狀態區間響應域。本發明解決了冗余機構求解問題的基礎上，可解決柔索驅動腰部康復機器人系統在含有不確定區間參數下的角度及受力狀態響應域分析問題，有效提高計算效率并保證了計算精度，同時大大簡化計算過程，大幅縮短計算時間。

技術領域：

本發明涉及可靠性技術領域，主要涉及一種柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域預測方法，特別適用于含有不確定性區間結構參數的柔索驅動腰部康復機器人狀態響應域預測。

背景技術：

隨著社會老齡化的日益增長及康復醫師的緊缺，腰部康復機器人的需求逐漸增加。腰部康復機器人在進行康復訓練過程中，往往要求快速準確地求解訓練過程中的角度及受力狀態響應，以保證其康復訓練過程中的安全性和可靠性。現有針對該類腰部康復機器人狀態響應的求解問題，多為將系統參數看作確定性參數，但在實際康復訓練過程中，康復機器人存在由于材料特性、尺寸偏差、外力影響、患者的多樣性等帶來的一系列不確定性，這種不確定性對其狀態響應的求解具有很大的影響。

近年來，將不確定結構參數建模成區間參數，并將其引入相應的系統進行求解的區間數值分析方法廣泛應用于熱學、聲學、結構學等領域。中國專利號CN107741997A涉及的一種適用于小區間參數下起重機系統變幅角響應域獲取方法，以多起重機為載體，提供了一種求解小不確定區間參數下變幅角響應域問題的方法，以快速高效預測雙臺汽車起重機系統在含有小不確定區間參數下的變幅角響應域問題。該方法僅適用于求解含不確定區間參數的多起重機變幅角響應域問題，不能進一步求解受力響應問題。中國專利號CN106021824B涉及的一種確定性有限元軟件在含區間參數簡單或大型復雜結構分析中的應用方法，將區間分析與確定性有限元軟件相結合，可用于含區間參數結構的動力學分析，為解決復雜結構的區間分析提供了一種有效的途徑。但以上兩者均不涉及含不確定區間參數的冗余機構的響應域求解問題。

由于在康復機器人運動過程中，康復患者參與訓練過程，現有的研究中已在分析過程中考慮到康復患者對構型的影響。但針對不同患者的較大差異性、康復機器人的自身結構尺寸等差異性并未考慮，關于康復機器人各種不確定因素影響的研究仍處于初期階段。目前，在柔索驅動腰部康復機器人狀態響應求解過程中，由于柔索驅動腰部康復機器人屬于冗余機構，其解具有不唯一性，因此求解柔索驅動腰部康復機器人受力狀態區間響應時不可直接采用現有的不確定性分析方法，直接求解的傳統方法往往導致求解過程復雜、計算工作量大、時間過長等問題。因此，如何建立高精度、高效率的數值算法，對于預測柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域問題，具有重要的應用價值。

發明內容：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域預測方法，以解決現有技術中如何快速高效預測柔索驅動腰部康復機器人系統在含有不確定區間參數下的角度及受力狀態響應域問題，進而提高柔索驅動腰部康復機器人系統的可靠性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種柔索驅動腰部康復機器人狀態區間響應域預測方法，其特征在于：按如下步驟進行：

步驟一：根據柔索驅動腰部康復機器人幾何模型，建立其訓練過程中的角度狀態響應方程，獲取角度狀態響應與柔索驅動腰部康復機器人參數間的對應關系；