[發明專利]一種下肢外骨骼康復機器人柔順控制方法

在審

• 申請號: 202211711415.0
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116197879A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 陳現敏;吳平志
• 申請（專利權）人: 合肥中科深谷科技發展有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/02;G06F8/61
• 代理公司: 合肥中悟知識產權代理事務所(普通合伙) 34191
• 代理人: 張婉

本發明提供一種高精度下肢外骨骼康復機器人柔順控制方法，屬于機器人控制領域。包括如下步驟：S1：所述給出了一階導納控制模塊的數學形式；S2:根據該公式搭建Simulink控制模型，將該控制模型轉換程c語言代碼，燒錄到控制器上運行；S3:力矩傳感器采集的人機交互力矩作為控制器的輸入，輸出一個角度偏差Δθ。該方法能夠用于下肢需要康復訓練的人群，在其使用下肢外骨骼機器人進行康復訓練時，提供主動訓練模式，使機器人和患者進行柔順的力交互。上述機器人柔順控制方法具有魯棒性好，動態性能好，實用性強的特點。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體為一種下肢外骨骼康復機器人柔順控制方法。

背景技術

近些年來，在經濟高速發展與人口老齡化進程中，因腦卒中，脊髓損傷等疾病造成的下肢偏癱、截癱等下肢運動功能障礙的成年人逐年增多。對于偏癱、截癱等下肢運動功能障礙患者,及早介入康復治療將極大提升后續的康復效果。下肢外骨骼康復機器人是一類能夠使康復訓練定量化、長效化、規范化的新型康復設備,它可提供有效的下肢運動功能輔助,促進患者受損神經功能重塑,量化評估康復過程并反饋康復進度。

下肢外骨骼康復機器人是一類穿戴于人體下肢的仿生型機器人，其機械結構主要由剛性連桿和伺服電機等構件組成，其中下肢外骨骼的髖關節和膝關節作為主動關節由伺服電機驅動，踝關節為被動關節由彈簧構件組成。因此機器人在輔助人體下肢進行固定步態軌跡跟蹤訓練時，由控制系統驅動髖關節和膝關節處的電機協同運動。

在機器人和患者進行柔順的力交互時，期望位置和實際位置會產生誤差，如何減少期望位置和實際位置產生的誤差是本申請要解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種下肢外骨骼康復機器人柔順控制方法，解決了背景技術中的問題。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種下肢外骨骼康復機器人柔順控制方法，包括如下步驟：

S1：所述給出了一階導納控制模塊的數學形式；

S2:根據該公式搭建Simulink控制模型，將該控制模型轉換程c語言代碼，燒錄到控制器上運行；

S3:力矩傳感器采集的人機交互力矩作為控制器的輸入，輸出一個角度偏差Δθ；

S4:上述角度偏差Δθ加上期望角度θ_r作為新的期望角度θ_d輸入到高精度位置控制器中，輸出電流信息給電機驅動器，驅動電機運動到目標位置，以此實現柔順的人機交互。

進一步限定，所述一階導納控制模塊的數學形式如下:

其中，M、B、K分別為剛度系數，阻尼系數和彈性系數，通過調節這三個參數，來達到合適的柔順交互效果。θ、分別為實際的關節角度、角速度和角加速度；θ_d、分別為期望的關節角度、關節角速度和關節角加速度；τ是力矩傳感器采集的人機交互力矩。

進一步限定，所述非線性動力學模型的控制器構造如下:

其中：

K_p＝diag{[k_pi]_n×n}

K_v＝diag{[k_vi]_n×n}。