[发明专利]一种基于旋量理论控制的上肢多关节等速训练方法

说明书

本发明公开了一种基于旋量理论控制的上肢多关节等速训练方法，涉及机器人控制及医疗康复器械领域，包括以下步骤：步骤1、基于旋量理论获取多关节等速训练装置的关节的参数及运动旋量坐标；步骤2、基于所述运动旋量坐标获取各所述关节之间的旋量坐标变换关系；步骤3、基于指数积方法获取各所述关节之间的速度关系；步骤4、通过旋量等速或末端等速，获取各所述关节的等速训练控制参数。通过所述方法，本发明简化了现有多关节等速控制系统的运动学和动力学分析，避免了反解时的奇异解，使得多关节训练的上肢等速训练控制简单有效。

技术领域

本发明涉及机器人控制及医疗康复器械领域，尤其涉及一种基于旋量理论控制的上肢多关节等速训练方法。

背景技术

等速运动是新提出来的一种测试训练概念。现有肌肉训练的主要方式是由肌肉收缩引起的肢体围绕其关节某一轴进行角速度不变的旋转，肌纤维长度缩短或被拉伸，引起明显的关节活动，是一种动力性收缩，类似于等张收缩。而等速运动中，等速仪器所提供的是一种顺应性阻力，阻力大小随肌肉收缩张力的大小而变化，类似等长收缩。等速运动更适用于康复或测试时的恢复和加强肌肉力量。

目前，市场上等速测试训练仪器只针对不同的单关节进行测试训练，测试效率低且效果不佳，且基本来自国外，存在着技术封锁、价格昂贵等缺点。因此，多关节等速训练测试系统的研发具有很重大的意义。但现有多关节等速训练测试系统基于D-H变换方法，模型解析复杂，且反解时不一定具有封闭解。而旋量理论相对于传统的D-H变换方法，具有简化机构分析、避免奇异等优点。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于旋量理论控制的上肢多关节等速训练方法，以简化控制过程解析、避免反解时的奇异解，并支持多关节训练的上肢等速训练。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是一种解决现有技术中多关节等速控制中模型构建复杂、不一定具有封闭解的基于旋量控制的上肢多关节等速训练方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于旋量理论控制的上肢多关节等速训练方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、基于旋量理论获取多关节等速训练装置的关节的参数及运动旋量坐标；

步骤2、基于所述运动旋量坐标获取各所述关节之间的旋量坐标变换关系；

步骤3、基于指数积方法获取各所述关节之间的速度关系；

步骤4、通过旋量等速或末端等速，获取各所述关节的等速训练控制参数。

进一步地，步骤2所述旋量坐标变换满足：

其中，A、B、C分别为两连杆连续三关节对应的三个坐标系；

其中，是B坐标系相对于A坐标系的运动旋量坐标；是C坐标系相对于B坐标系的运动旋量坐标；坐标系C相对坐标系A的运动旋量坐标；V^s和V^b分别为空间速度和物体速度；

其中，是坐标系B相对于坐标系A的刚体坐标变换；表示C坐标系相对于坐标系B的刚体变换，且表示C坐标系相对于A坐标系的刚体变换；

其中，Ad_v()为为矩阵的伴随变换算子。

进一步地，步骤3所述速度关系满足：

其中，[V_i]和θ_i分别为n个依次串联的能够转动或平动的各所述关节的运动旋量坐标和所述控制参数；

其中，为末端坐标系T相对于初始坐标系S的速度关系；为θ＝0的初始所述速度关系。