设备的开环和闭环控制方法以及如此受控的设备，设备在该设备与人交互期间包括运动模块技术

本发明专利技术涉及一种设备(1)的开环和闭环控制方法，该设备至少包括运动模块(50)，就该运动模块(50)与人(M)的交互而言，该方法基于能量的控制方案，该方案使得可以根据描述设备(1)或其运动模块(50)运动速度的测量控制变量(Ω)来监控包括设备(1)和人(M)的系统中的总能量(S)的量。该方法有利地考虑了包括设备(1)和人(M)的系统中的整个功率周期，特别是能量或功率流的动力学，并考虑了人(M)在闭环控制期间的表现。该方法还有利地使得能够在迭代学习过程中确定使用设备(1)的人(M)的参与状态，而无需额外的传感器。而无需额外的传感器。而无需额外的传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设备的开环和闭环控制方法以及如此受控的设备，设备在该设备与人交互期间包括运动模块


[0001]本专利技术涉及一种设备的开环和闭环控制方法，该设备包括运动模块，根据该模块与人的交互。

技术介绍

[0002]随着机器人系统在人类生活的越来越多的领域中得到应用，在机器人系统与人的交互方面，与机器人系统的开环和闭环控制相关的预期质量标准也相应提高。在这种情况下，安全方面起着决定性的作用，特别是在医疗工程中：目的是康复机器人接受治疗任务，例如在运动治疗和/或早期康复的范围内，并因此首先将医学
‑
理疗人员从常规任务中解脱出来，其次便于对患者进行早期运动治疗，这是针对他们单个地适应的并在时间上是独立的。然而，机器人系统和人类(患者)之间的交互对技术控制系统提出了特别高的要求，因为人类，尤其是身体受损、可能卧床不起和/或甚至昏迷不醒的患者，经常以不受控制或不可预测的方式作用于机器人系统。因此，决定性的控制目标在于使闭环和开环控制算法容忍不可预测的外部影响(患者/人)，同时给人提供一种交互的余地。
[0003]此外，通过评估人类和康复机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备(1)的开环和闭环控制方法，至少包括运动模块(50)，就其与人(M)的交互方面，其中，
‑
定义了能量网络，后者至少包括：
‑
第一功率分量(P
in
)，描述所述设备(1)在每单位时间提供给设备(1)和人(M)的系统的总能量(S)的能量之量；
‑
第二功率分量(P
diss
)，描述所述设备(1)在主要辅助运动模块(50)执行的工作之外，经由内部开环和闭环控制过程损失的每单位时间能量之量；以及
‑
第三功率分量(P
h
)，描述由所述人(M)提供给所述总能量(S)的每单位时间相的能量之量；
‑
所述能量网络的总能量(S)，即是设备(1)和人(M)的系统，被定义为受控变量；
‑
所述设备(1)通过运动模块(50)与所述人(M)交互的速度被定义为控制变量(Ω)，所述运动模块(50)旨在穿过期望轨迹(x
d
)；
‑
所述能量网络的总能量(S)：
‑
所述人(M)独立执行的运动偏离由所述设备(1)初始指定的沿着轨迹(x
d
)的运动增多；以及
‑
如果由所述人(M)独立执行的运动接近沿着由所述设备(1)初始指定的轨迹(x
d
)的运动，则再次减小；
‑
在所述运动模块(50)运动期间确定所述能量网络的总能量(S)，以及
‑
所述控制变量(Ω)在所述运动模块(50)的运动期间变化，并取决于所确定的总能量(S)，使得所述总能量(S)：
‑
保持在S≤S
max
–
S
Δ
的区间内，如果位于所述区间内，或者
‑
如果位于区间S>S
max
–
S
Δ
内，则再次接近区间S≤S
max
–
S
Δ
，其中：
‑
S
max
＝所述总能量(S)的选定上限；
‑
S
Δ
＝S
max
–
S
x1
，其中，S
x1
代表所述受控变量(＝总能量)(S)的单个值，以及x＝n用于标定P
in
>0区间的值，以及x＝p用于标定P
in
<0区间的值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备(1)为康复机构，所述康复机构适于使用能够与人(M)的下肢可操作地连接的运动模块(50)，根据计划对所述人(M)的下肢的至少关节、肌肉和肌腱进行康复；
‑
所述运动模块(50)包括：
‑
至少一个力传感器(51)，用于测量所述运动模块(50)和所述人(M)的下肢之间的力的绝对值，以及
‑
至少一个角度传感器(52)，用于测量所述运动模块(50)和所述人(M)的下肢之间的力的方向。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制变量(Ω)定义为；
其中：
‑
γ
P
＝所述控制变量(Ω)的最大允许正值；
‑
γ
n
＝所述控制变量(Ω)的最大允许负值(绝对值)；
‑
S＝设备(1)和人(M)的系统的总能量；
‑
S
max
＝所述总能量(S)的选定上限；
‑
S
Δ
＝S
max
–
S
p_x
，其中，S
p_x
代表所述受控变量S的单个值。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制变量(Ω)被定义为：其中：
‑
γ
P
＝所述控制变量(Ω)的最大允许正值；
‑
γ
n
＝所述控制变量(Ω)的最大允许负值(绝对值)；
‑
S＝设备(1)和人(M)的系统的总能量；
‑
S
max
＝所述总能量(S)的选定上限；S
Δ
＝S
max
–
S
p
_
x
，其中，S
p
_
x
代表所述受控变量S的单个值；Sδ＝S
Δ
的中间区域，其中，所述控制变量(Ω)设定为零，其中，P
in
>0。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制变量(Ω)被定义为：其中：
‑
γ
P
＝所述控制变量(Ω)的最大允许正值；
‑
γ
n
＝所述控制变量(Ω)的最大允许负值(绝对值)；
‑
S＝设备(1)和人(M)的系统的总能量；
‑
S
max
＝所述总能量(S)的选定上限；
‑
S
Δ
＝S
max
ζ
–
S
p
_
x
，其中，S
p
_
x
代表所述受控变量S的单个值；其中，＝设备(1)处于静止状态的时间；τ＝允许设备(])处于静止状态的最长时间。6.根据任一在先权利要求所述的方法，其中，在所述运动模块(50)的运动期间，基于所确定的总能量(S)，尤其是通过实施滤波器、速率限制和/或控制变量(Ω)相对于所述总能量(S)的一阶导数的绝对值的极限，来抑制所述控制变量(Ω)的变化。7.根据任一在先权利要求所述的方法，其中，设备(1)和人(M)的系统的总能量(S)，特别是包括虚拟绝对能量值和实际绝对能量值，被定义为总存储函数S＝S
ce
或总存储函数S＝S
ce
+S
ee
，
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：反应机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：