[发明专利]一种上肢康复机器人的重力补偿方法

权利要求书

1.一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1对于包括多个关节的上肢康复机器人，构建该机器人的运动轨迹，采集运动轨迹中不同位姿处每个关节的力矩和位姿；

S2建立世界坐标系并以该世界坐标系作为基坐标系，对于每个关节，建立每个关节各自的关节坐标系并求解基坐标系中的重力加速度矢量g，求解构建每个关节坐标系与所述基坐标系的旋转矩阵R和雅克比矩阵J；利用雅克比、旋转矩阵和重力加速度，构建以关节的位姿为输入，关节的力矩作为输出的预测模型；

S3利用步骤S1中采集的力矩和位姿的数据计算所述预测模型中的待辨识系数，改变所述机器人的位姿，测量当前位姿下每个关节的实时力矩和实时位姿，利用所述实时位姿和预测模型计算获得预测力矩，所述实时力矩减去该预测力矩即实现该机器人的重力补偿。

2.如权利要求1所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预测模型按照下列关系式进行：

B＝AX

其中，B是每个关节的力矩，A是关于关节位姿的回归方程系数矩阵，X是待辨识的系数。

3.如权利要求2所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，所述回归方程系数矩阵A按照下列关系是进行：

A＝JK

其中，J是关节坐标系与基坐标系之间的雅克比矩阵，K是权重矩阵。

4.如权利要求3所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，所述权重矩阵K按照下列关系式进行：

其中，[^og_i]_×是各个关节在基座标系中描述的重力加速度矢量对应的反对称矩阵，R是关节坐标系与基坐标系之间的旋转矩阵，I_3×3是一个单位矩阵。

5.如权利要求1或2所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，在步骤S3中，所述计算所述预测模型中的系数采用带惩罚项的最小二乘法求解。

6.如权利要求5所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，采用带惩罚项的最小二乘法求解按照下列关系式进行：

X＝(A^TA+λI)^-1A^TB

其中，B是每个关节的力矩，A是关于关节位姿的回归方程系数矩阵，X是待辨识的系数，λ是惩罚系数，I是单位矩阵。

7.如权利要求1或2所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，在步骤S1中，采集每个关节的力矩和位姿后，还需对采集的数据进行滤波平滑处理，以此转化成相应的矩阵形式。

8.如权利要求1或2所述的一种上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，在步骤S1中，所述构建该机器人的运动轨迹中的运动轨迹为仿真的人体运动的轨迹，为负载端低于5°/s的轨迹。