一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法技术

本发明专利技术涉及过程层析成像技术领域，具体涉及一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人控制方法，将具有高重复性的下肢康复过程描述为RTO问题，引入基于实际数据的改进性能指标和约束条件，利用成熟的RTO问题的理论结果以解决模型与实际过程不匹配的问题，并结合SCFO来保证控制过程的可行性与最优性，最终驱动下肢康复机器人完成对指定转动角轨迹进行精确跟踪的目的。踪的目的。踪的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法


[0001]本专利技术涉及三关节下肢康复机器人控制领域，尤其涉及一种基于实时优化 (Real Time Optimization，RTO)和可行性和最优的充分条件(Sufficient Conditionfor Feasibility and optimal，SCFO)结合的下肢康复机器人(Lower LimbRehabilitation Robot，LLRR)的控制方法。

技术介绍

[0002]随着生活水平以及医疗条件的不断提高，社会老龄化的问题不断凸显。老龄化造成的，例如脑瘫，偏瘫，中风等疾病的患病率的提升，使得患有下肢功能障碍的人数迅速增加，生理功能的严重衰退严重影响了患者的正常生活。对于老年人等下肢功能障碍人群康复及训练成为现代社会急需解决的社会问题。研究表明，针对肢体功能障碍的患者执行大量的面对任务的重复性的训练可以促进神经的重塑以及运动功能的恢复，下肢康复机器人作为机器人领域与医疗康复领域结合的有效尝试，可以解决传统手工康复治疗训练效率低、训练效果无法保证的问题。但是，在下肢康本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法，其特征在于，按以下步骤执行：S1：从关节角度、角速度、角加速度矢量考虑，建立带有不确定性的单侧三关节下肢康复机器人的动力学机理模型；S2：给定驱动控制过程迭代运行的初值，具体包括参考训练信息y
r
(t)，下肢康复机器人的初始位置信息y0(t)，采用的PD型控制器的初始控制器参数集ρ0，以及SCFO的固定的设定项；S3：计算跟踪误差通过PD型控制器产生作用于单侧三关节下肢康复机器人动力学模型的控制力矩，并采集油模型产生的实际运行信息y(t,ρ)；S4：由y
r
(t)和y(t,ρ
k
)提取所需要的动态信息，计算针对此系统定义的性能指标J
k
以及过程所需要的动态约束并扩充至数据集，k为迭代次数，将控制过程描述为RTO问题；S5：利用已知数据集计算SCFO的自适应调节的设定项，利用完备的SCFO以及RTO的理论方法产生具备有效性及最优性的控制器参数ρ
k+1
；S6：更新PD控制器，并不断迭代S3至S6使得跟踪误差不断趋近于0。2.根据权利要求1所述的一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中的带有不确定性的单侧三关节下肢康复机器人的动力学机理模型见公式(1)：其中，分别为关节角度、角速度、角加速度矢量，τ、τ
d
∈R3分别为控制力矩和扰动力矩矢量，σ为不确定性参数，M(q(t),σ,t)∈R3×3为下肢康复机器人的惯性矩阵，为离心力和哥氏力矢量，G(q(t),σ,t)∈R3为重力矢量；公式(2)中，M0(q(t)，t)G0(q(t)，t)表示相应矩阵的确定部分，ΔM(q(t),σ,t),ΔG(q(t),σ,t)表示相应矩阵的不确定部分。3.根据权利要求1所述的一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法，其特征在于：所述的步骤S3中PD型控制器可以表述为公式(3)和公式(4)：所述的步骤S3中PD型控制器可以表述为公式(3)和公式(4)：其中，i＝1,2,3，分别代表下肢中的髋关节、膝关节和踝关节；τ
i
表示控制器作用在i位置上的控制力矩，K
pi
和K
di
分别表示作用在i位置的控制器参数，e
i
和分别为i位置的跟踪误差及其微分，q
d
(t)、q
i
(t)、和分别为i位置的期望和实际的转动角，以及其对应的微分。4.根据权利要求1所述的一种基于RTO和SCFO结合的下肢康复机器人的控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚庆浩，张俊，于洪霞，陈兆鑫，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：