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申请/专利权人：浙江工业大学

摘要：本发明涉及一种用于坐卧式康复机器人中可抑制抖动的零力控制方法，包括以下步骤：S1、根据关节检测模块得到的关节位置，速度，力矩构建出动力学模型；S2、基于动力学模型，关节力矩传感器实时反馈力矩得到外界接触力矩；S3、根据步骤S2中得到的外界接触力矩计算得到速度指令；S4、通过关节角度编码器捕捉运动中由于惯性产生的晃动角度，计算得到速度修正量，并补偿到步骤S3中得到的速度指令，消除抖动，实现零力控制。本发明解决了现有基于关节力矩反馈的零力控制精度较低，谐振现象容易发生等的不足。

主权项：1.一种用于坐卧式康复机器人中可抑制抖动的零力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据关节检测模块得到的关节位置，速度，力矩构建出动力学模型；所述步骤S1包括：S11、建立机器人动力学模型得到： 其中，Mθ为惯性项矩阵，为科氏力及离心力项矩阵，Gθ为重力项矩阵，Fv为粘摩擦力项矩阵，Fs为静摩擦力项矩阵，为关节角加速度，为关节角速度，θ为关节角度，τ为关节力矩，为与正负有关的符号函数，τ为关节力矩矩阵；S12、基于测得的关节力矩，关节角度，角速度，角加速度进行动力学参数辨析，首先对动力学方程进行参数线性化处理得到： 其中，τ为关节力矩矩阵，通过关节力矩传感器获得；为观测矩阵，P为辨析矩阵，需要通过辨析得到，P＝[p1,p2,p3,…,pi]，其中pi＝fIi,ri,li,mi,fvi,fsi，其中Ii为连杆i转动惯量，ri为连杆i质心距离，li为连杆i的长度，mi为连杆i质量，fvi为连杆i动摩擦力系数,fsi为连杆i静摩擦力系数；S13、将S12中辨析得到的动力学参数代入S11，得到动力学方程；S2、基于动力学模型，关节力矩传感器实时反馈力矩得到外界接触力矩；所述步骤S2包括：S21、将关节检测模块得到的实时关节位置θt，实时速度实时加速度代入S13动力学方程中，得到关节计算力矩τt： S22、根据关节检测模块得到的关节实际反馈力矩τe与S21得到的关节计算力矩τt计算得到外界接触力矩τext：τext＝τt-τe；S3、根据步骤S2中得到的外界接触力矩计算得到速度指令；所述步骤S3包括：S31、根据步骤S22中得到的外界接触力矩τext，建立力矩转速转换关系，将其转换为关节目标速度指令 其中，k1表示力矩速度映射系数，signτext为与τext正负有关的符号函数；S32、为了避免微小的抖动也被控制系统捕捉，使系统过于敏感，需要设置接触力矩触发阈值，保证系统稳定性，得到： 其中，τ1,τ2表示外界接触力矩触发阈值，根据不同的操作场景与需求进行调节，为常数或者时变参数；S33、考虑到人机协作系统中的安全，在外界接触力矩大于某个阈值时应考虑是否发生碰撞的情况，这时机器人会控制机械臂缓慢回退直到外界接触力矩回到正常范围，得到： 其中，k2为回退速度，τ3,τ4为外界接触力矩最大阈值，根据不同的操作场景与需求进行调节，为常数或者时变参数；S4、通过关节角度编码器捕捉运动中由于惯性产生的晃动角度，计算得到速度修正量，并补偿到步骤S3中得到的速度指令，消除抖动，实现零力控制。

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