一种在随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法技术

本发明专利技术公开一种随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法，首先分析下肢外骨骼关节自由度，通过D‑H转换矩阵建立下肢外骨骼末端轨迹关于关节角的正运动数学模型；量化路面随机信号对下肢外骨骼的影响，建立与随机路面条件下与逆运动对应的稳健设计模型；并建立在摆动相内与逆运动对应的优化模型；通过Matlab中的优化算法分别对支撑相内稳健设计模型以及摆动相内优化模型进行求解，实现在随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析。本发明专利技术的方法可指导下肢外骨骼的设计和控制过程，具有较高的理论支撑和较强的工程意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于不确定性优化设计领域，具体涉及一种面向随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法。
技术介绍
人体下肢外骨骼作为一种人机一体化机械装置，是一种可以穿戴，以人为主、机械为辅的装置。不仅具备给使用者提供支撑、保护和助力的功能，还大大增强了人体的力量、速度和耐力。这使得下肢外骨骼在军事和医疗等领域被广泛应用。目前，下肢外骨骼在美国、日本和欧洲一些国家逐渐得到实际应用，其中还有部分性能优良的助力或康复机器人已成功用于科学研究和市场推广。我国相关科研院所的研究也取得了部分成果，为进一步的研究和开发打下了良好的基础，并会在不久的将来应用于各个领域。下肢外骨骼的设计思想是实现人与外骨骼之间的交互与配合，人向外骨骼传达控制指令，外骨骼则向人体提供运动所需的能量，最终达到人与外骨骼相互补充、相互作用的效果。因此控制技术对下肢外骨骼的功能和技术水平起着关键的作用，下肢外骨骼运动学分析是进行控制的重要步骤。运动学研究主要涉及两个问题：正运动学问题和逆运动学问题。下肢外骨骼运动学正问题讨论的是给定下肢外骨骼各关节角，求解末端的位置和位姿。而逆问题则是在给定下肢外骨骼末端位姿的情况下，来计算对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法，其特征在于，包括：S1、分析下肢外骨骼关节自由度，通过D‑H转换矩阵建立下肢外骨骼末端轨迹关于关节角的正运动数学模型x，y，z；S2、根据步骤S1建立的正运动数学模型，并量化路面随机信号对下肢外骨骼的影响，建立随机路面条件下与逆运动对应的稳健设计模型；S3、建立在摆动相内与逆运动对应的优化模型；S4、通过Matlab中的优化算法分别对步骤S2得到的稳健设计模型以及步骤S3得到的优化模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种在随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法，其特征在于，包括：S1、分析下肢外骨骼关节自由度，通过D-H转换矩阵建立下肢外骨骼末端轨迹关于关节角的正运动数学模型x，y，z；S2、根据步骤S1建立的正运动数学模型，并量化路面随机信号对下肢外骨骼的影响，建立随机路面条件下与逆运动对应的稳健设计模型；S3、建立在摆动相内与逆运动对应的优化模型；S4、通过Matlab中的优化算法分别对步骤S2得到的稳健设计模型以及步骤S3得到的优化模型进行求解。2.根据权利要求1所述的一种在随机路面条件下的下肢外骨骼逆运动分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：S21、考虑外骨骼步态周期支撑相内随机路面信号q作用于外骨骼的情况，对正运动得到的末端轨迹数学模型进行更新，得到新的末端轨迹模型xT，yT，zT；S22、在外骨骼步态周期支撑相内，通过对末端轨迹泰勒展开，求得更新后的末端轨迹均值和方差；S23、以理论关节角和实际关节角角度差值的均值和理论角度的方差同时最小为目标函数，以末端轨迹更新前后的均值相等和路面随机信号作用方向上的方差相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪忠来，俞水，赵宁，张小玲，孟德彪，张渴望，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51