[發(fā)明專利]基于SCN步行力估計(jì)的康復(fù)機(jī)器人各軸速度直接約束控制

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011363054.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN112571424A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫平;王鑫瑤;王殿輝;王碩玉;李樹江;李宏亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J11/00
• 分類號(hào): B25J11/00;B25J9/02;B25J9/16;A61H3/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)亞泰專利商標(biāo)代理有限公司 21107
• 代理人: 許宇來

本發(fā)明公開了一種基于隨機(jī)配置網(wǎng)絡(luò)（Stochastic Configuration Networks，SCN）步行力估計(jì)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人各軸速度直接約束控制方法。其特征為：基于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，通過分解廣義輸入力，建立具有訓(xùn)練者步行力的康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型；基于SCN方法構(gòu)建訓(xùn)練者步行力的網(wǎng)絡(luò)估計(jì)模型，以運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度為網(wǎng)絡(luò)輸入，通過不斷隨機(jī)配置隱含層節(jié)點(diǎn)參數(shù)，獲得訓(xùn)練者的步行力估計(jì)；提出各軸速度直接約束方法，抑制訓(xùn)練者步行力對(duì)控制精度的影響，同時(shí)控制器直接約束康復(fù)機(jī)器人各軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，提高控制精度并保障訓(xùn)練者的安全。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及康復(fù)機(jī)器人的控制領(lǐng)域，尤其涉及康復(fù)機(jī)器人速度約束控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，康復(fù)步行機(jī)器人受到了研究者的廣泛關(guān)注。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，訓(xùn)練者的主動(dòng)步行力，嚴(yán)重影響了機(jī)器人的控制精度，從而導(dǎo)致跟蹤性能下降；另外，康復(fù)機(jī)器人不同于一般機(jī)械系統(tǒng)，約束機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度防止發(fā)生突變，對(duì)保障訓(xùn)練者的安全性具有重要作用。因此，研究康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度約束方法，并抑制訓(xùn)練者的步行力對(duì)提高人機(jī)系統(tǒng)性能及安全性具有重要意義。

康復(fù)步行機(jī)器人軌跡跟蹤控制已有許多研究成果，然而這些結(jié)果都無法解決訓(xùn)練者步行力及各軸速度直接約束問題，這不僅影響跟蹤精度，而且威脅訓(xùn)練者的安全。到目前為止，還沒有關(guān)于步行力觀測(cè)及控制器直接約束各軸運(yùn)動(dòng)速度的控制方法，本發(fā)明基于新視角提出了步行力估計(jì)方法，并研究了各軸運(yùn)動(dòng)速度直接約束的控制方法，對(duì)保障人機(jī)系統(tǒng)控制精度和安全性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容：

發(fā)明目的：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于SCN步行力估計(jì)的康復(fù)機(jī)器人各軸速度直接約束控制方法。

技術(shù)方案：

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種基于SCN(Stochastic Configuration Networks，SCN)步行力估計(jì)的康復(fù)機(jī)器人各軸速度直接約束控制方法，其特征在于：

1)基于康復(fù)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，通過分解廣義輸入力，建立具有訓(xùn)練者步行力的康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型；

2)基于SCN方法構(gòu)建訓(xùn)練者步行力的網(wǎng)絡(luò)估計(jì)模型，以運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度為網(wǎng)絡(luò)輸入，通過不斷隨機(jī)配置隱含層節(jié)點(diǎn)參數(shù)，獲得訓(xùn)練者的步行力估計(jì)；

3)設(shè)計(jì)各軸速度直接約束控制器，抑制訓(xùn)練者步行力對(duì)控制精度的影響，同時(shí)控制器直接約束康復(fù)機(jī)器人各軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度。

步驟如下：

步驟1)基于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，通過分解廣義輸入力，建立具有訓(xùn)練者步行力的康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型描述如下

其中