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摘要：本发明涉及一种基于势能场约束的上肢康复机器人按需辅助交互控制方法，基于构建三自由度运行的上肢康复机器人，预设目标运动轨迹并搭建任务空间，在任务空间中构建基于康复需求的虚拟势能场，基于势能场的柔顺控制策略，实现患者在训练过程中偏离目标运动轨迹后，势能场会提供法向辅助力，结合切向辅助力达到约束训练轨迹上非期望的法向颤动的效果，并采用基于贪心算法的RBF网络实现按需辅助不同运动能力的患者训练的效果，实现上肢康复机器人在三维空间的安全稳定可控运动；有效提高患者在康复训练过程中的安全性，保证了患者能够独立有效的完成训练任务。

主权项：1.一种基于势能场约束的上肢康复机器人按需辅助交互控制方法，应用于三自由度运行的上肢康复机器人，所述上肢康复机器人具有三个旋转关节、在需要时辅助旋转关节转动的驱动电机以及末端执行手柄，所述三个旋转关节上具有角度编码器，用于采集旋转关节的旋转角度，所述末端执行手柄处设有用于采集人机交互过程中患者对末端执行手柄施加力数据的力传感器，其特征在于，所述上肢康复机器人按需辅助交互控制方法包括：步骤1、预设上肢康复机器人的目标运动轨迹，从目标运动轨迹中均匀采样N个采样点：式中，表示为上肢康复机器人的末端执行手柄在笛卡尔空间中的第i点处的三维列向量；Dp表示末端执行手柄的目标运动轨迹的离散数据集；步骤2、通过机械臂的三个旋转关节的旋转角度建立上肢康复机器人的正运动学模型，并基于正运动学模型计算末端执行手柄在参考坐标系{0}上的实际位置；步骤3、以目标运动轨迹设定任务空间，并计算任务空间中采样点对任务空间中其他各点p的总势能；并设计势能的负梯度预设映射因子δ，并结合映射因子δ与负梯度计算得到末端执行手柄运动方向的法向辅助力Fp；步骤4、基于末端执行手柄在参考坐标系{0}上的位置计算重力补偿和摩擦力补偿；步骤5、基于末端执行手柄在参考坐标系{0}上的位置和目标运动轨迹计算末端执行手柄运行方向的切向辅助力Fi；步骤6、基于步骤2计算的末端执行手柄的实际位置建立便于RBF网络在三维空间内运行的投影模块，通过投影模块计算得到末端执行手柄在约束方向上的投影ε，将投影ε和采集的人机交互过程中的力数据输入高斯RBF网络迭代计算患者能对末端执行手柄施加的最大力Fm；预设患者施加力的辅助系数α，并根据最大力Fm、切向辅助力Fi和α计算用于加权切向辅助力Fr；步骤7、基于法向辅助力Fp和加权切向辅助力Fr计算末端执行手柄的补偿力F；步骤8、基于步骤4的重力补偿和摩擦力补偿以及步骤7计算的补偿力F和雅可比矩阵JT计算映射到上肢康复机器人各个旋转关节的力矩。

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