【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及下肢外骨骼机器人控制，具体为饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法。
技术介绍
1、在现代医学科技的不断进步下，脑卒中等脑血管和神经系统疾病的治疗取得了显著的成就。然而，即使是有幸能够接受治疗并生存下来，许多患者仍面临着偏瘫、步态异常或者瘫痪等严重后遗症，使得他们的生活饱受痛苦与磨难。此外，值得关注的是，脑卒中患者的平均年龄呈现年轻化趋势，许多青壮年群体(20至54岁)也面临着由于肌肉、骨骼和神经系统疾病导致的残疾问题。虽然现在的医疗水平已有很大的提高，但是目前我国康复医师严重不足，这造成了许多患者难以获得有效且及时的康复治疗。然而，随着社会的不断发展和科技的飞速进步，医疗康复领域正迎来高速和高质量的发展机遇。为了解决目前我国康复医疗师资源短缺的问题，一类用于康复的可穿戴的外骨骼已经开始逐步替代传统的康复医疗器械。其中，人机交互式的康复外骨骼已被开发用于康复训练，如上肢康复外骨骼和下肢康复外骨骼等。而对于这类可用于康复的可穿戴式外骨骼机器人的控制问题，这无疑已经引起了学术界和工业界的广泛关注。
2、在诸多康复外骨骼中，下肢外骨骼能够提供重要的医疗和康复支持，它的负重能力强、灵活性高、节能高效、安全可靠和舒适性高等这些优越的性能吸引了众多学者对其进行研究。而开发具备人机协作功能的下肢外骨骼控制是一项复杂而艰巨的任务，其中涉及解决多个问题，包括复杂的交互、瞬时决策、安全性、适应性、饱和输入以及外部干扰等方面的挑战。
3、为了解决下肢外骨骼的控制问题，需要研究者已经做了很多的工作，例如，p
4、而在外骨骼系统中，输入饱和的重要性在于它可以影响系统的性能和适应性。此外，输入饱和与系统的安全性直接相关。如果系统无法处理超出其设计限制的输入，可能导致系统失控或对穿戴者造成无法预估的伤害。因此，对于下肢外骨骼，考虑饱和输入至关重要。同时，能否解决在穿戴外骨骼的过程中存在的外部干扰尤其是存在的人机交互力是至关重要的问题
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，具备提高系统的稳定性等优点，解决了上述技术问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，包括以下步骤：
5、s1、建立下肢外骨骼动力学模型；
6、s2、对饱和输入函数进行确定；
7、s3、设置预设性能函数，对控制律和虚拟控制器和自适应律进行计算，用于对模型输出进行收敛；
8、s4、对输出结果进行分析。
9、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s1中建立下肢外骨骼动力学模型的系统表达式如下：
10、
11、m＝ir+ih
12、g＝mrlrg+mslsg
13、其中，q、分别表示髋关节的状态，即位置，速度和加速度，m为系统惯量，ir表示外骨骼系统的惯量，ih表示人体大腿的惯量，θ和ψ分别表示的是粘性和固体摩擦系数，g为引力项，mr、ms分别为大腿质量和外骨骼质量，lr、ls分别表示大腿长度和外骨骼的长度，τim表示外骨骼中的人机交互力，sin(*)表示对内部进行正弦运算，sign(*)表示符号函数，τ(u)表示系统的输入。
14、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s2中的饱和输入函数确定过程如下：
15、s2.1、根据输入的饱和特性设置估计函数；
16、s2.2、通过估计函数对输入的饱和特性的函数进行误差逼近；
17、s2.3、对函数变量进行定义，计算得出新的外骨骼系统方程。
18、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s2.1输入的饱和特性u(v)的模型表达式如下：
19、
20、其中，um表示输入饱和的上限，u(τ)表示关节力矩的控制输入，v为控制变量，sign(*)表示符号函数。
21、作为本专利技术的优选技术方案，所述估计函数的表达式如下：
22、
23、u(v)＝h(v)+δ(v)
24、其中，h(v)为估计函数，tanh(*)表示双曲正弦函数，δ(v)表示以um[1-tanh(1)]为界的逼近误差，定义的函数变量表达式如下：
25、
26、x1＝q
27、
28、其中，x1和x2分别表示系统状态，表示h(v)对v的偏导在v＝v*时的值，g(v*)表示控制系数，v*新的输入控制，且v*∈(0，v)，计算得出的外骨骼系统状态空间表达式如下：
29、
30、
31、
32、j(v)＝δ(v)+h(0)
33、其中，f(x1，x2)表示系统的输入，dis(x1，x2，v)表示系统总的干扰项，g(v*)表示控制系数，j(v)表示外部干扰以及在处理输入饱和过程中产生的干扰项，y表示系统的输出。
34、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s3的具体步骤如下：
35、s3.1、设置预设性能函数；
36、s3.2、定义一个满足预设性能函数的变量y；
37、s3.3、设置一个lyapunov函数v；
38、s3.4、对控制律和虚拟控制器和自适应律进行建立。
39、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s3.1中的预设性能函数表达式如下：
40、
41、其中，ρ(t)表示预设性能函数，ρ0、σ表示三个均为正数的参数，且ρ0＞e表示自然对数，t表示时间。
42、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s3.2中的函数的变量y表达式如下：
43、
44、e1＝q-yd
45、其中，e1表示系统的跟踪误差，q表示关节角度，yd表示光滑有界的参考信号，变量y以及其对应的初始值y(0)满足如下表达式：
46、0＜y2＜1
47、-ρ(0)＜y(0)＜ρ(0)
48、其中，ρ(0)表示预设性能函数的初始值。
49、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s3.3中的lyapunov函数v表达式如下：
50、
51、其中，表示干扰项的估计误差，e2表示系统控制器α与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S1中建立下肢外骨骼动力学模型的系统表达式如下：
3.根据权利要求2所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的饱和输入函数确定过程如下：
4.根据权利要求3所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S2.1输入的饱和特性u(v)的模型表达式如下：
5.根据权利要求4所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述估计函数的表达式如下：
6.根据权利要求1所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S3的具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S3.1中的预设性能函数表达式如下：
8.根据权利要求7所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机
9.根据权利要求8所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤S3.3中的Lyapunov函数V表达式如下：
10.根据权利要求9所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：根据Lyapunov函数V可得出所述控制律的表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤s1中建立下肢外骨骼动力学模型的系统表达式如下：
3.根据权利要求2所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤s2中的饱和输入函数确定过程如下：
4.根据权利要求3所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述步骤s2.1输入的饱和特性u(v)的模型表达式如下：
5.根据权利要求4所述的饱和输入和外部干扰下的下肢外骨骼机器人控制方法，其特征在于：所述估计函数的表达式如下：
6.根据权利要求1...
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