基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，包括参考轨迹规划器、线性二次高斯控制器；参考轨迹规划器通过脚步规划器获得下肢外骨骼机器人的实际参数，再利用零动量点规划器根据步伐生成零动量点轨迹，接下来基于线性倒立摆模型计算出质心轨迹，最后基于发散运动分量理论控制质心运动中的发散运动分量，获得机器人前馈步行的参考轨迹；线性二次高斯控制器基于发散运动分量，实现在不确定情况下稳健地跟踪参考轨迹，并且实现在存在过程干扰和测量噪声的情况下也具有鲁棒性。本发明专利技术设计了的基于发散运动分量的参考轨迹规划器，在质心规划器的基础上引入发散运动分量规划器，将矢状面和冠状面的运动解耦简化了脚步规划的复杂度。简化了脚步规划的复杂度。简化了脚步规划的复杂度。

Control system of lower limb exoskeleton robot based on divergent motion components

【技术实现步骤摘要】
基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械和康复辅助器具领域，具体地，涉及一种基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统。

技术介绍

[0002]下肢外骨骼机器人的行走性能有了很大的提高，但仍远未达到预期。尽管许多下肢外骨骼机器人能够在平坦地形(或已知几何结构的不平地形)上行走，但只有少数机器人能够补偿严重干扰或在崎岖地形上行走。下肢外骨骼机器人有一个独特的特性，即在运动学和动力学上与人相似。根据这一特性，它们能够适应我们人类的日常生活环境，人类希望它们能够走出实验室，完成日常生活任务，并与它们精确、安全地协作。下肢外骨骼机器人在动态环境中工作的关键要求是能够在行走时对未知干扰做出稳健反应。目前，在开发鲁棒步行引擎方面的研究越来越多，可分为两大类：基于模型的和无模型的。在基于模型的方法中，考虑了系统动力学的物理模型，并基于该模型设计了步行系统。无模型方法试图通过在没有任何动力学模型的情况下为每个肢体生成有节奏的运动来设计步行系统。本专利技术是基于模型的方法。
[0003]虽然考虑下肢外骨骼机器人的全刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，其特征在于，包括参考轨迹规划器、线性二次高斯控制器；所述参考轨迹规划器包括脚步规划器、零动量点规划器、质心规划器、发散运动分量规划器；所述参考轨迹规划器通过脚步规划器获得下肢外骨骼机器人的实际参数，再利用零动量点规划器根据步伐生成零动量点轨迹，接下来基于线性倒立摆模型计算出质心轨迹，最后基于发散运动分量理论控制质心运动中的发散运动分量，获得机器人前馈步行的参考轨迹；所述线性二次高斯控制器基于所述发散运动分量，实现在不确定情况下稳健地跟踪所述参考轨迹，并且实现在存在过程干扰和测量噪声的情况下也具有鲁棒性。2.根据权利要求1所述的基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述线性二次高斯控制器使用了发散运动分量的概念，通过将矢状面和冠状面的运动解耦简化了脚步规划的复杂度。3.根据权利要求1所述的基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述线性二次高斯控制器包括卡尔曼滤波器、积分器；所述卡尔曼滤波器用于在存在测量和过程噪声的情况下估计系统的状态，并且根据每个控制周期内状态误差的可观测性；所述积分器用于消除稳态误差，根据积分器的估计状态和输出。4.根据权利要求1所述的基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述脚步规划器根据输入的步长信息生成一组足迹位置，其中步长信息包括步长(SL)、步宽(SW)、步长持续时间(SD)、单支撑持续时间(SSD)和双支撑持续时间(DSD)。5.根据权利要求4所述的基于发散运动分量的下肢外骨骼机器人控制系统，其特征在于，所述零动量点规划器基于指定足迹并使用以下公式生成零动量点轨迹：其中t表示时间，在每个步骤结束时重置，(t≥T
ss
+T
ds
)，T
ss
、T
ds
分别是单支撑阶段和双支撑阶段的持续时间，fi＝[f
i,x f
i,y
]是2D平面上的一组计划脚部位置(i∈N)。6.根据权利要求5所述的基于发散运动分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智军，郝旭，李国欣，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：