[发明专利]一种上肢康复机器人康复训练运动控制方法

说明书

一种上肢康复机器人康复训练运动控制方法，其过程是：①建立状态方程：基于拉格朗日的上肢康复机器人动力学模型给出假设条件，将上肢康复机器人系统方程转化为特定表达形式并补偿；②状态方程变换，设计H_∞鲁棒重复控制器使得系统渐近稳定；③然后进行上肢康复机器人康复训练运动控制，以式（34）为基础，满足定理1成立的条件即为控制要求。本发明针对上肢康复机器人模型特点，依据上肢康复机器人训练模式，提出具有多周期输入信号的上肢康复机器人状态反馈鲁棒重复控制；通过引入状态反馈把多周期重复控制器设计问题转化为状态反馈设计以提高不确定系统的跟踪性能和鲁棒稳定性。仿真结果表明，本发明能实现高精度快速跟踪且系统稳定性较高。

技术领域

本发明涉及上肢康复机器人康复训练运动控制部分的整体方案设计和应用技术领域，特别提供了一种上肢康复机器人康复训练运动控制方法。

背景技术

机器人基本控制结构通常分为机构本体和控制系统两大部分；控制系统的作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和控制，完成作业的各种动作。控制器系统性能在很大程度上决定了机器人的性能。机器人基本控制结构示意图如图3所示。

图3中，X表示期望的笛卡儿坐标系下机器人末端的运行轨迹；轨迹生成环节对X求取机器人各关节的运动学逆解，作为期望的各关节的转角q_d，其速度和加速度分别用和来表示，u为控制器输出，τ为执行器输出即机器人的力矩矢量，机器人的数学模型为其中图3所示机器人基本控制系统可通过示教、数值数据、外传感器生成实际的期望轨迹，并转换成笛卡儿坐标系下机器人末端的坐标轨迹；目标轨迹生成环节将此坐标轨迹转换成机器人各臂的转角轨迹，作为机器人各关节的期望输出，控制器经一定的控制算法处理输出控制量，执行器根据控制量的大小输出力矩驱动机器人各关节，最终使系统稳定并保证跟踪误差，即期望值与实际值之差收敛到零或零附近的一个区域，同时满足一定的动态性能指标。

从图3中可以看出，机器人基本控制系统是与运动学和动力学模型密切相关的，机器人的控制问题主要是机器人的动力学控制问题，主要是针对如何实现机械手的大范围，高速度与高精度的轨迹跟踪而提出来的。随着现代工业的高速发展，对机器人工作效率和作业质量要求越来越高，机器人完成的任务也越来越复杂，特别在高精度，快速运动的场合，机器人的动力学特性变得越来越显著，再加上外部扰动和未建模动力学的影响，传统PID控制不能满足控制要求，这时必须综合考虑机器人完整的动力学模型，重新设计机器人的控制策略(文献1：王洪斌.不确定性机器人轨迹跟踪鲁棒控制方法研究[D].燕山大学,2005)。