本申请适用于外骨骼机器人技术领域，提供了一种外骨骼变导纳控制方法、装置、终端设备及介质，通过采集训练数据；根据多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力，构建交人机交互力预测模型，得到待测时刻的人机交互力预测值；计算人机交互力预测值和预先设定的人机交互力期望值之间的差值；构建用于控制外骨骼的导纳控制模型，并根据差值，对导纳控制模型的参数进行调节，得到变导纳控制模型；根据变导纳控制模型，得到外骨骼在待测时刻的期望关节角度；根据期望关节角度，利用位置控制器对外骨骼进行控制。本申请能提高外骨骼控制的准确度。制的准确度。制的准确度。
【技术实现步骤摘要】
一种外骨骼变导纳控制方法、装置、终端设备及介质
[0001]本申请属于外骨骼机器人
，尤其涉及一种外骨骼变导纳控制方法、装置、终端设备及介质。
技术介绍
[0002]近年来，随着人口老龄化程度加重，由各类意外导致的偏瘫、瘫痪患者日益增多，迫切需要外骨骼机器人的介入，来对偏瘫、瘫痪患者进行辅助康复治疗、训练，帮助其尽早恢复正常生活水平，这对于社会及这些失能患者具有重要的意义。
[0003]外骨骼机器人是能够改善、辅助、扩展身体功能的穿戴式医疗辅助设备，可以帮助下肢运动功能障碍者完成直立行走、起立、坐下以及上下楼梯等日常动作。康复训练一般有评估、设计步态、提出策略等步骤，在康复过程中，人体与外骨骼机器人之间会进行交互，进而产生人机交互力，如何控制交互力在设计的范围，保证人体穿戴外骨骼机器人的舒适性是一个很难的挑战。
[0004]对此，相关领域研究人员提出阻抗/导纳控制策略，该控制策略主要通过设定合适的阻抗、刚度、惯性等参数，对人机交互力进行一定的调节，提高人体穿戴的舒适性，同时，保证外骨骼机器人的连续运动的自然柔顺控制。但是传统的导纳控制是一个全局的定参数控制，不能很好地适用于不同的人体行走阶段，导致外骨骼控制的准确度较低。
技术实现思路
[0005]本申请提供了一种外骨骼变导纳控制方法、装置、终端设备及介质，可以解决目前外骨骼控制的准确度较低的问题。
[0006]第一方面，本申请提供了一种外骨骼变导纳控制方法，包括：
[0007]采集训练数据；训练数据包括多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力；
[0008]根据多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力，构建交人机交互力预测模型，得到待测时刻的人机交互力预测值；
[0009]计算人机交互力预测值和预先设定的人机交互力期望值之间的差值；
[0010]构建用于控制外骨骼的导纳控制模型，并根据差值，对导纳控制模型的参数进行调节，得到变导纳控制模型；其中，参数包括刚度系数和阻尼系数；
[0011]根据变导纳控制模型，得到外骨骼在待测时刻的期望关节角度；
[0012]根据期望关节角度，利用位置控制器对外骨骼进行控制。
[0013]可选的，人机交互力预测模型的表达式如下：
[0014][0015]其中，F(t)表示第t个待测时刻对应的人机交互力预测值，λ
i
表示第i个历史时刻的
训练数据对应的拉格朗日乘子，i＝1,2,...,N，N表示历史时刻的总数量，Φ
k
(
·
)表示第k条模糊规则的隶属度函数，Z(ht)表示输入模糊模型第ht个历史时刻的变量值，包括该历史时刻的关节角度和该历史时刻的人机交互力，v
k
(Z(ht))表示对第k条模糊规则中模糊集隶属度函数总的乘积，R表示模糊规则的数量，表示对第k条模糊规则中的第q个维度模糊集的隶属度函数，K(
·
)表示空间核函数，β
k
表示第k条模糊规则的后件参数。
[0016]可选的，导纳控制模型的表达式如下：
[0017][0018]其中，M
d
表示惯性系数，B
d
表示阻尼系数，K
d
表示弹性系数，F
d
表示人机交互力期望值，F表示人机交互力预测值，表示导纳输出期望位置的二阶导数，表示给定期望位置的二阶导数。
[0019]可选的，根据差值，对导纳控制模型的参数进行调节，包括：
[0020]通过计算公式K
d
(t)＝χΔF(t)，得到调节后的刚度系数K
d
(t)；其中，ΔF(t)表示差值，ΔF(t)＝F
d
(t)
‑
F(t)，F
d
(t)表示第t个待测时刻的人机交互力期望值，F(t)表示第t个待测时刻的人机交互力预测值，χ表示刚度调节参数；
[0021]通过计算公式B
d
(t)＝δΔF(t)，得到调节后的阻尼系数B
d
(t)，δ表示阻尼调节参数。
[0022]可选的，变导纳控制模型的表达式如下：
[0023][0024][0025]其中，表示第t个待测时刻导纳输出期望位置的二阶导数，表示第t个待测时刻给定期望位置的二阶导数。
[0026]可选的，根据变导纳控制模型，得到外骨骼在待测时刻的期望关节角度，包括：
[0027]通过计算公式
[0028][0029]得到期望关节角度r(t)；其中，r(t)表示第t个待测时刻的期望关节角度。
[0030]可选的，位置控制器为PD控制器。
[0031]可选的，根据期望关节角度，利用位置控制器对外骨骼进行控制，包括：
[0032]通过计算公式
[0033][0034][0035]e＝r(t)
‑
x(t)
[0036]得到位置控制器输出的控制信号τ；其中，L
d
表示微分增益，L
p
表示比例增益，e表示期望关节角度与在待测时刻采集的外骨骼的实际关节角度之间的误差，表示误差的一阶导数；
[0037]根据控制信号对外骨骼进行控制。
[0038]第二方面，本申请提供了一种外骨骼变导纳控制装置，包括：
[0039]采集模块，用于采集训练数据；训练数据包括多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力；
[0040]人机交互力预测模块，用于根据多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力，构建交人机交互力预测模型，得到待测时刻的人机交互力预测值；
[0041]交互力差值计算模块，用于计算人机交互力预测值和预先设定的人机交互力期望值之间的差值；
[0042]变导纳控制模块，用于构建用于控制外骨骼的导纳控制模型，并根据差值，对导纳控制模型的参数进行调节，得到变导纳控制模型；其中，参数包括刚度系数和阻尼系数；
[0043]期望关节角度模块，用于根据变导纳控制模型，得到外骨骼在待测时刻的期望关节角度；
[0044]外骨骼控制模块，用于根据期望关节角度，利用位置控制器对外骨骼进行控制。
[0045]第三方面，本申请提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的外骨骼变导纳控制方法。
[0046]第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的外骨骼变导纳控制方法。
[0047]本申请的上述方案有如下的有益效果：
[0048]本申请通过采集多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力，并由此构建人机交互力预测模型，再计算人机交互力预测值和预先设定的人机交互力期望值之间的差值，来对导纳控制模型的参数进行调节，得到变导纳控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种外骨骼变导纳控制方法，其特征在于，包括：采集训练数据；所述训练数据包括多个历史时刻的关节角度和多个历史时刻的人机交互力；根据所述多个历史时刻的关节角度和所述多个历史时刻的人机交互力，构建交人机交互力预测模型，得到待测时刻的人机交互力预测值；计算所述人机交互力预测值和预先设定的人机交互力期望值之间的差值；构建用于控制外骨骼的导纳控制模型，并根据所述差值，对所述导纳控制模型的参数进行调节，得到变导纳控制模型；其中，所述参数包括刚度系数和阻尼系数；根据所述变导纳控制模型，得到所述外骨骼在待测时刻的期望关节角度；根据所述期望关节角度，利用位置控制器对所述外骨骼进行控制。2.根据权利要求1所述的外骨骼变导纳控制方法，其特征在于，所述人机交互力预测模型的表达式如下：其中，F(t)表示第t个待测时刻对应的人机交互力预测值，λ
i
表示第i个历史时刻的训练数据对应的拉格朗日乘子，i＝1，2，...，N，N表示历史时刻的总数量，Φ
k
(
·
)表示第k条模糊规则的隶属度函数，Z(ht)表示输入模糊模型第ht个历史时刻的变量值，包括该历史时刻的关节角度和该历史时刻的人机交互力，v
k
(Z(ht))表示对第k条模糊规则中模糊集隶属度函数总的乘积，R表示模糊规则的数量，表示对第k条模糊规则中的第q个维度模糊集的隶属度函数，K(
·
)表示空间核函数，β
k
表示第k条模糊规则的后件参数。3.根据权利要求2所述的外骨骼变导纳控制方法，其特征在于，所述导纳控制模型的表达式如下：其中，M
d
表示惯性系数，B
d
表示阻尼系数，K
d
表示弹性系数，F
d
表示所述人机交互力期望值，F表示所述人机交互力预测值，表示导纳输出期望位置的二阶导数，表示给定期望位置的二阶导数。4.根据权利要求3所述的外骨骼变导纳控制方法，其特征在于，所述根据所述差值，对所述导纳控制模型的参数进行调节，包括：通过计算公式K
d
(t)＝χΔF(t)，得到调节后的刚度系数K
d
(t)；其中，ΔF(t)表示所述差值，ΔF(t)＝F
d
(t)
‑
F(t)，F
d
(t)表示第t个待测时刻的人机交互力期望值，F(t)表示第t个待测时刻的人机交...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆新江，刘睿廷，柏昀旭，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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