康复步行训练机器人的轨迹跟踪误差约束安全控制方法属于轮式康复机器人的控制领域，尤其涉及一种康复步行训练机器人的轨迹跟踪误差约束安全控制方法。本发明专利技术提供一种使康复步行训练机器人在运动过程中，暂态阶段和稳态阶段轨迹跟踪误差同时受约束的康复步行训练机器人的轨迹跟踪误差约束安全控制方法。本发明专利技术基于康复步行训练机器人的动力学模型，设计非线性控制器，建立x,y轴和旋转角三个运动方向的轨迹跟踪误差状态方程；基于Lyapunov稳定理论，构建各轨迹跟踪误差系统渐近稳定的约束条件，获得非线性控制器参数矩阵的求解方法，将康复步行训练机器人暂态阶段和稳态阶段的实际运动轨迹控制在指定范围内，保障康复者安全。
【技术实现步骤摘要】
201610239765
【技术保护点】
康复步行训练机器人的轨迹跟踪误差约束安全控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)建立x,y轴和旋转角三个运动方向的轨迹跟踪误差状态方程，系统的运动学模型如下：M0K(θ)X··(t)+M0K·(θ,θ·)X·(t)=B(θ)u(t)---(1)]]>其中M0=M+m000M+m000I0+mr02,K(θ)=10p01q001,X(t)=x(t)y(t)θ(t),]]>B(θ)=-sinθ1sinθ2sinθ3-sinθ4cosθ1-cosθ2cosθ3cosθ4λ1-λ2-λ3λ4,u(t)=f1f2f3f4,]]>λ1=l1cos(θ1-φ1)λ2=l2cos(θ2-φ2)λ3=l3cos(θ3-φ3)λ4=l4cos(θ4-φ4),p=12[(λ1-λ3)sinθ+(λ2-λ4)cosθ]q=12[(λ2-λ3)sinθ-(λ1-λ3)cosθ]]]>X(t)为康复步行训练机器人的实际行走轨迹，u(t)表示控制输入力，M表示康复步行训练机器人的质量，m表示康复者的质量，I0表示转动惯量，M0,K(θ),B(θ)为系数矩阵；θ表示水平轴和机器人中心与第一个轮子中心连线间的夹角，θ＝θ1，根据康复步行机器人结构，θ3＝θ+π，li表示系统重心到每个轮子中心的距离，r0表示中心到重心的距离，φi表示x′轴和每个轮子对应的li之间的夹角，i＝1,2,3,4；f1,f2,f3,f4分别表示四个驱动轮的控制输入力，λ1,λ2,λ3,λ4分别表示重心到各轮子的距离，φ1,φ2,φ3,φ4分别表示水平坐标轴和重心到各轮子中心连线的夹角；步骤2)康复步行训练机器人实际行走轨迹X(t)，医生指定训练轨迹Xd(t)，运动轨迹和运动速度跟踪误差e1(t)和e2(t)分别为e1(t)＝X(t)‑Xd(t) (2)e2(t)=X·(t)-X·d(t)---(3)]]>其中X(t)＝[x(t) y(t) θ(t)]T表示x,y轴和旋转角方向的实际运动轨迹，Xd(t)＝[xd(t) yd(t) θd(t)]T表示x,y轴和旋转角方向的期望跟踪运动轨迹；e1(t)＝[e11(t) e12(t) e13(t)]T表示x,y轴和旋转角方向的轨迹跟踪误差，e2(t)＝[e21(t) e22(t) e23(t)]T表示x,y轴方向速度和旋转角速度的跟踪误差；步骤3)设置非线性控制器：其中Kd＝diag{Kd1,Kd2,Kd3}，Kp＝diag{Kp1,Kp2,Kp3}，表示B(θ)的伪逆矩阵，Kd,Kp表示控制器参数矩阵；将控制器公式(4)代入系统模型公式(1)，得e··1(t)=Kde2(t)+Kpe1(t)---(5)]]>由式(2)、(3)、(5)可得x,y轴和旋转角方向轨迹跟踪误差系统状态方程为e·1i(t)=e2i(t)]]>e·2i(t)=Kdie2i(t)+Kpie1i(t),i=1,2,3---(6)]]>步骤4)设置Lyapunov函数：V(t)=V1(t)+V2(t)+V3(t)=12e1T(t)Pe1(t)+12e2T(t)Qe2(t)---(7)]]>其中Vi(t)=12e1iT(t)Piie1i(t)+12e2iT(t)Qiie2i(t)---(8)]]>沿轨迹跟踪误差系统(6)对式(8)求导，在如下约束条件成立时，QiiKdiQiiKpi00Pii000000000ϵi0≤0---(9)]]>有V·i≤-ϵi|e2i(t)|---(10)]]>成立，即x,y轴和旋转角三个运动方向的轨迹跟踪误差系统渐近稳定，其中εi表示任意指定的小正数；步骤5)对式(10)两端从0到t积分，得∫0tV·i(t)dt≤∫0t(-ϵi|e2i(t...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙平，孙桐，李树江，杨德国，郑青矾，曾宏翔，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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