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申请/专利权人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

摘要：本发明提供下肢康复外骨骼机器人控制方法及系统、电子设备、介质，建立基于U‑K控制理论的鲁棒控制器，能产生额外的控制项以处理被控系统在运行过程中产生的轨迹跟踪误差，提高控制精度，根据鲁棒控制理论建立额外控制项，以处理被控系统的不确定性因素，调整步态数据拟合函数，满足不同人群对步态数据轨迹的使用需求，通过人机交互力生成轨迹补偿量，对期望轨迹实时修正，以降低患者使用过程中的牵拉感，通过患者腿部实时姿态信息对期望轨迹进行修正，使电机轨迹与患者行走轨迹相匹配，提高训练过程的柔顺性，将行走过程中的关节角度与角速度转化为步态相角，以生成助力力矩，补偿控制器的输出力矩，以适应不同患者的行走习惯。

主权项：1.一种下肢康复外骨骼机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建下肢外骨骼机器人模型；通过对步态数据拟合函数进行调节，得到下肢外骨骼步态期望轨迹；将所述下肢外骨骼步态期望轨迹作为控制器的约束轨迹；以所述下肢外骨骼机器人模型为基础，结合所述约束轨迹，建立基于U-K方程的鲁棒控制器，以实现下肢步态轨迹跟踪控制；获取训练过程中下肢康复外骨骼机器人与人体下肢的实时交互力信号；将所述交互力信号转化为对应的轨迹补偿量；获取患者行走过程中实时运动轨迹；通过所述轨迹补偿量、所述运动轨迹对所述下肢外骨骼步态期望轨迹进行实时修正；还包括以下步骤：获取患者行走过程中实时角速度；将所述运动轨迹、所述角速度转化为步态相角，公式为： ；其中，为步态相角，为角速度，为关节角度；通过所述步态相角对步态进程进行判断，以输出助力力矩；通过所述助力力矩对所述控制器的输出力矩进行补偿；所述通过所述步态相角对步态进程进行判断，以输出助力力矩步骤包括：将所述步态相角通过助力力矩函数进行归一化处理后调整力矩系数，所述助力力矩为： ；其中，、分别为力矩系数，用于调节助力大小和时机，为助力力矩；所述搭建下肢外骨骼机器人模型步骤包括：将下肢康复外骨骼机器人简化为二自由度运动链结构；基于旋量法得到下肢康复外骨骼机器人的位姿；根据坐标齐次变换矩阵及所述下肢康复外骨骼机器人在基础坐标系下的位姿确定其速度雅可比矩阵；根据拉格朗日方程，建立二自由度下肢外骨骼机器人动力学模型；通过下肢康复外骨骼机器人总动能和总势能，整理得到下肢外骨骼机器人系统的动力学方程；所述步态数据拟合函数的获得包括：获取采集的人体行走过程中下肢关节角度数据；对所述下肢关节角度数据进行拟合，得到步态数据拟合函数；所述步态数据拟合函数包括髋关节步态数据拟合函数和膝关节步态数据拟合函数；所述通过对步态数据拟合函数进行调节，得到下肢外骨骼步态期望轨迹的公式为： ； ；其中，为关节角度变化幅值调节参数，为髋关节角度偏移量调节参数，为膝关节角度偏移量调节参数，为关节角度变化周期调节参数，为髋关节步态数据拟合函数，为膝关节步态数据拟合函数，为调节得到的髋关节步态数据拟合函数，为调节得到的膝关节步态数据拟合函数；所述以所述下肢外骨骼机器人模型为基础，结合所述约束轨迹，建立基于U-K方程的鲁棒控制器，以实现下肢步态轨迹跟踪控制步骤包括：将所述下肢外骨骼机器人系统的动力学方程中确定参数与不确定参数进行分离；根据U-K动力学理论结合所述确定参数以及所述约束轨迹的二阶导数，推导出控制器应输出的名义力矩；通过所述确定参数以及所述约束轨迹的一阶导数产生额外的控制项，以处理所述下肢外骨骼机器人系统在运行过程中产生的轨迹跟踪误差；根据鲁棒控制理论建立针对系统不确定性因素的额外控制项；通过所述名义力矩、一阶导数产生的额外控制项以及针对系统不确定性因素的额外控制项建立基于U-K控制理论的鲁棒控制器。

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百度查询： 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 下肢康复外骨骼机器人控制方法及系统、电子设备、介质