一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法技术

技术编号:40959151 阅读:53 留言:0更新日期:2024-04-18 20:36
本发明专利技术属于软体驱动控制技术领域,具体涉及一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,系统通过编码器检测人体运动意图得到膝关节目标角度为θ<subgt;1</subgt;、踝关节目标角度为θ<subgt;2</subgt;,以此θ<subgt;1</subgt;为目标控制膝关节外骨骼机器人运动,将动力学前馈算法与传统的形状记忆合金半闭环控制方法结合,构建基于模型的半闭环SMA控制系统,包括Brinson本构模型、相变方程、热平衡方程、前馈模型和输出函数,采用PID控制器控制SMA丝输入电流I的大小来改变SMA丝的温度,引起SMA丝的相变,进而控制膝关节外骨骼机器人运动。前馈模型包括偏置弹簧模型和人体动力学模型,能够提升基于SMA外骨骼膝关节的响应速度,提高机器人的运动精度和稳定性,减少机器人的误差和震荡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于软体驱动控制,具体涉及一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法


技术介绍

1、随着现代战争、医疗对增强、恢复受试群体运动能力的需求不断提升,外骨骼机器人关节逐渐成为研究热点。基于形状记忆合金(简称sma)驱动的膝关节可以有效减轻外骨骼重量,节省穿戴者体能。所以构建基于sma的形状记忆合金的膝关节控制系统具备极大的现实意义。

2、基于传统控制理论的sma控制原理和方法,其具有相对简单的优势。但是当sma的相变特性是非线性和时变时,它的缺点是响应速度慢、相变参数难以获取,限制了基于sma驱动的外骨骼膝关节的使用场景。

3、申请公布号为:cn112025694a、申请公布日为2020.12.04的中国专利技术专利公开了一种基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法,首先,通过bang-bang控制器,计算形状记忆合金的输入电流。其次,在形状记忆合金的相变过程中,以马氏体体分数ξ描述形状记忆合金相变程度,由brinsion本构模型计算形状以及合金的应力σ。再次,利用输出方程和应力σ计算整个变刚度系统的输出力f0与形状记忆本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,建立人体动力学模型包括以下步骤:

3.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述偏置弹簧的力学模型表达式为:

4.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述求解输入电流I的计算公式为:

5.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述热平...

【技术特征摘要】

1.一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,建立人体动力学模型包括以下步骤:

3.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述偏置弹簧的力学模型表达式为:

4.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述求解输入电流i的计算公式为:

5.根据权利要求1所述的一种考虑人体动力学的形状记忆合金驱动外骨骼控制方法,其特征在于,所述热平衡方程为:式中m是单位长度sma丝的质量,ac是s...

【专利技术属性】
技术研发人员:张佳琦舒启林李敦超鑫龙
申请(专利权)人:沈阳理工大学
类型:发明
国别省市:

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