手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统制造方法及图纸

技术编号:18944920 阅读:17 留言:0更新日期:2018-09-15 12:00
本发明专利技术公开了一种手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统,涉及机器人技术领域,手腕康复训练装置设有电机,所述方法包括:获取电机当前的运动状态参数;确定电机当前的驱动电流;将获取到的电机当前的运动状态参数和确定的电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力;交互力观测器为通过将系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成;干扰力观测模型用于基于干扰观测器原理确定手腕康复训练装置当前的等效干扰力;系统摩擦力模型用于确定当前的等效干扰力中的系统摩擦力;系统摩擦力模型是以电机的运动状态参数作为输入,以手腕康复训练装置的系统摩擦力作为输出的函数模型。采用上述技术方案可提高交互力检测精度。

Interactive force detection method and system for wrist rehabilitation training device

The invention discloses an interactive force detection method and system of wrist rehabilitation training device, which relates to the technical field of robot. The wrist rehabilitation training device is equipped with a motor. The method comprises: acquiring the current motion state parameters of the motor; determining the current driving current of the motor; and obtaining the current motion state parameters of the motor. The number and the current driving current of the motor are input to the pre-constructed interaction force observer to obtain the interaction force; the interaction force observer is generated by compensating the system friction model to the disturbance force observing model; the disturbance force observing model is used to determine the current wrist rehabilitation training device based on the disturbance observer principle, etc. Effective disturbance force; System friction model is used to determine the system friction in the current equivalent disturbance force; System friction model is a functional model with motor motion parameters as input and wrist rehabilitation training device system friction as output. The above technology scheme can improve the accuracy of interaction detection.

【技术实现步骤摘要】
手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统
本专利技术涉及机器人
,特别是涉及手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统。
技术介绍
手功能主要通过腕和手指灵活、协调的运动来完成。因此,如何尽快恢复手外伤术后患者的手部肌力、关节活动范围,以及手指的协调性、灵活性就显得尤为重要。手腕康复训练装置是对手进行智能化康复训练的装置。交互力检测,即检测人与机器之间的交互力。通过交互力检测,手腕康复训练装置能够更好地理解与之交互的患者意图,从而更加智能地与患者进行自适应交互。随着当前传感技术的发展,越来越多专家学者将力传感器应用于交互力检测,以达到实时反馈力觉信息的目的。然而,采用现有的力传感器检测交互力时,容易因力传感器的机械集成不当而导致交互力检测精度不高,致使交互力检测结果的准确性降低,影响了手腕康复训练装置的可靠性。
技术实现思路
基于此,有必要提供一种手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统,能够提高交互力检测的精确度。根据本专利技术实施例的第一方面,提供一种手腕康复训练装置的交互力检测方法;所述手腕康复训练装置设有电机,所述方法包括:获取所述电机当前的运动状态参数;确定所述电机当前的驱动电流;将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力;所述交互力观测器为通过将系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成;所述干扰力观测模型用于基于干扰观测器确定所述手腕康复训练装置当前的等效干扰力;所述系统摩擦力模型用于确定所述当前的等效干扰力中的系统摩擦力;所述系统摩擦力模型是以所述电机的运动状态参数作为输入,以所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为输出的函数模型。在一种可选的实施方式中,所述干扰力观测模型还用于根据第一截止频率对所述当前的等效干扰力和所述系统摩擦力模型所确定的系统摩擦力进行低通滤波。在一种可选的实施方式中,所述系统摩擦力模型为通过将预先通过摩擦力观测器所确定的所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为因变量,及对应的所述电机的运动状态参数作为自变量,进行数据拟合所生成;所述摩擦力观测器用于确定所述电机的运动状态参数,根据基于干扰观测器观测到的外部干扰和模型差异,生成用于调节所述驱动电流的补偿电流,及根据所述电机的运动状态参数和驱动电流确定所述手腕康复训练装置的系统摩擦力;所述模型差异为所述手腕康复训练装置与名义模型之间的差异。在一种可选的实施方式中,所述摩擦力观测器还用于根据第二截止频率对所述摩擦力观测器所确定的系统摩擦力进行低通滤波。在一种可选的实施方式中,所述将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力,包括:将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,代入所述交互力观测器的交互力估算公式,得到交互力;所述运动状态参数为角速度或角位置;所述交互力估算公式为:其中,为所述交互力,为所述系统摩擦力模型,s为拉普拉斯变换中的复变量;Gint为所述第一截止频率;Ktn为预先确定的所述电机的转矩系数理论值;IM为所述当前的驱动电流;为所述电机的角速度;Jn为预先确定的所述手腕康复训练装置的转动惯量。根据本专利技术实施例的第二方面,提供一种手腕康复训练装置的交互力检测系统,所述手腕康复训练装置设有电机,所述系统包括:获取模块,用于获取所述电机当前的运动状态参数;第一确定模块,用于确定所述电机当前的驱动电流;第二确定模块,用于将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力;所述交互力观测器为通过将系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成;所述干扰力观测模型用于基于干扰观测器确定所述手腕康复训练装置当前的等效干扰力;所述系统摩擦力模型用于确定所述当前的等效干扰力中的系统摩擦力;所述系统摩擦力模型是以所述电机的运动状态参数作为输入,以所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为输出的函数模型。在一种可选的实施方式中,所述干扰力观测模型还用于根据第一截止频率对所述当前的等效干扰力和所述系统摩擦力模型所确定的系统摩擦力进行低通滤波。在一种可选的实施方式中,所述系统摩擦力模型为通过将预先通过摩擦力观测器所确定的所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为因变量,及对应的所述电机的运动状态参数作为自变量,进行数据拟合所生成;所述摩擦力观测器用于确定所述电机的运动状态参数,根据基于干扰观测器观测到的外部干扰和模型差异,生成用于调节所述驱动电流的补偿电流,及根据所述电机的运动状态参数和驱动电流确定所述手腕康复训练装置的系统摩擦力;所述模型差异为所述手腕康复训练装置与名义模型之间的差异。在一种可选的实施方式中,所述摩擦力观测器还用于根据第二截止频率对所述摩擦力观测器所确定的系统摩擦力进行低通滤波。在一种可选的实施方式中,所述第二确定模块包括:计算单元,用于将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,代入所述交互力观测器的交互力估算公式进行计算,得到交互力;所述运动状态参数为角速度或角位置;所述交互力估算公式为:其中,为所述交互力,为所述系统摩擦力模型,s为拉普拉斯变换中的复变量;Gint为所述第一截止频率;Ktn为预先确定的所述电机的转矩系数理论值;IM为所述当前的驱动电流;为所述电机的角速度;Jn为预先确定的所述手腕康复训练装置的转动惯量。相比于现有技术,本专利技术具有如下突出的有益效果:本专利技术提供了手腕康复训练装置的交互力检测方法与系统,通过构建的系统摩擦力模型实现以运动状态参数为输入的系统摩擦力估算,减少系统摩擦力估算的误差;由于交互力观测器由系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成,干扰力观测模型基于干扰观测器实现对附着区域周围之外的干扰力进行估算,通过系统摩擦力模型补偿降低系统摩擦力对交互力检测结果的影响,进而提高所述手腕康复训练装置的交互力检测精度,使手腕康复训练装置更好地理解患者意图,且免去了传统力传感器的安装,降低了造价成本,避免了因力传感器机械集成不当造成系统不稳定的问题,提高了控制系统的鲁棒性。附图说明图1是实施例一提供的一种手腕康复训练装置的交互力检测方法的流程图;图2为手腕关节的运动自由度的示意图;图3是根据一示例性实施例示出的交互力观测器的工作示意图;图4是根据一示例性实施例示出的摩擦力观测器的工作示意图;图5是根据一示例性实施例示出的对所述手腕康复训练装置施加已知交互力的平台示意图;图6是实施例二提供的一种手腕康复训练装置的交互力检测系统的结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术,而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。实施例一图1是实施例一提供的一种手腕康复训练装置的交互力检测方法的流程图。具体的,参考图1,本实施例提供的手腕康复训练装置的交互力检测方法具体包括:S110、获取所述电机当前的运动状态参数;其中,电机的运动状态参数可以是电机的角位置或角速度。S120、确定所述电机当前的驱动电流;其中,驱动电流为电机的输入电流。S130、将获取到的所述电机当前的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手腕康复训练装置的交互力检测方法,其特征在于,所述手腕康复训练装置设有电机,所述方法包括:获取所述电机当前的运动状态参数;确定所述电机当前的驱动电流;将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力;所述交互力观测器为通过将系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成;所述干扰力观测模型用于基于干扰观测器确定所述手腕康复训练装置当前的等效干扰力;所述系统摩擦力模型用于确定所述当前的等效干扰力中的系统摩擦力;所述系统摩擦力模型是以所述电机的运动状态参数作为输入,以所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为输出的函数模型。

【技术特征摘要】
1.一种手腕康复训练装置的交互力检测方法,其特征在于,所述手腕康复训练装置设有电机,所述方法包括:获取所述电机当前的运动状态参数;确定所述电机当前的驱动电流;将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力;所述交互力观测器为通过将系统摩擦力模型补偿至干扰力观测模型所生成;所述干扰力观测模型用于基于干扰观测器确定所述手腕康复训练装置当前的等效干扰力;所述系统摩擦力模型用于确定所述当前的等效干扰力中的系统摩擦力;所述系统摩擦力模型是以所述电机的运动状态参数作为输入,以所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为输出的函数模型。2.根据权利要求1所述的交互力检测方法,其特征在于,所述干扰力观测模型还用于根据第一截止频率对所述当前的等效干扰力和所述系统摩擦力模型所确定的系统摩擦力进行低通滤波。3.根据权利要求2所述的交互力检测方法,其特征在于,所述系统摩擦力模型为通过将预先通过摩擦力观测器所确定的所述手腕康复训练装置的系统摩擦力作为因变量,及对应的所述电机的运动状态参数作为自变量,进行数据拟合所生成;所述摩擦力观测器用于确定所述电机的运动状态参数,根据基于干扰观测器观测到的外部干扰和模型差异,生成用于调节所述驱动电流的补偿电流,及根据所述电机的运动状态参数和驱动电流确定所述手腕康复训练装置的系统摩擦力;所述模型差异为所述手腕康复训练装置与名义模型之间的差异。4.根据权利要求3所述的交互力检测方法,其特征在于,所述摩擦力观测器还用于根据第二截止频率对所述摩擦力观测器所确定的系统摩擦力进行低通滤波。5.根据权利要求2-4任一项所述的交互力检测方法,其特征在于,所述将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,输入至预先构建的交互力观测器,得到交互力,包括:将获取到的所述电机当前的运动状态参数和确定的所述电机当前的驱动电流,代入所述交互力观测器的交互力估算公式,得到交互力;所述运动状态参数为角速度或角位置;所述交互力估算公式为:其中,为所述交互力,为所述系统摩擦力模型,s为拉普拉斯变换中的复变量;Gint为所述第一截止频率;Ktn为预先确定的所述电机的转矩系数理论值;IM为所述当前的驱动电流;为所述电机的角速度;Jn为预先确定的所述手腕康复训练装置...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘向星左国坤张佳楫
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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