[发明专利]具有运动速度决策的康复训练机器人自适应跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种具有运动速度决策的康复训练机器人自适应跟踪控制方法。其特征为：比较康复训练机器人的当前运动速度和训练者的当前步行速度，并将比较结果的速度值大小作为速度决策的状态变量，以康复训练机器人加速、减速、匀速运动作为速度决策的动作，依据比较的速度值之差设计决策过程的奖惩值函数，实现康复训练机器人运动速度决策；利用决策的运动速度及康复训练机器人动力学模型建立跟踪误差系统，提出机器人适应训练者步行速度的跟踪控制方法，使误差系统实现稳定并确保人机系统运动速度协调；基于STM32G4系列单片机将输出PWM信号提供给电机驱动模块，使机器人帮助训练者跟踪医生指定的运动轨迹且保持人机运动速度协调一致。

技术领域：

本发明涉及轮式康复训练机器人的控制领域，尤其是关于轮式下肢康复训练机器人的控制方法。

背景技术：

交通事故及人口老龄化使步行障碍患者逐年增多，随着康复步行机器人在康复中心、养老院等场所的应用，有效解决了康复人员短缺的问题。然而，在实际应用中随着训练者步行能力逐渐增强，训练者会有主动参与训练的愿望，往往具有主动的步行速度，这样需要机器人不断调整运动速度帮助康复者训练，从而实现人机运动速度协调一致。因此，研究康复训练机器人的运动速度决策方法以及适应运动速度决策的跟踪控制方法，对提高康复训练机器人的智能性和安全性具有重要意义。

近年来，康复训练机器人跟踪控制已有许多研究成果，然而都没有考虑运动速度决策问题。实际上，训练者的主动步行速度体现了康复训练的效果，如果机器人能适应训练者的步行速度可增加患者的训练兴趣，促进步行能力的提升。到目前为止，关于康复训练机器人的运动速度决策方法以及适应运动速度的跟踪控制方法还没有相关研究成果。本发明基于新视角解决了康复训练机器人的运动速度决策问题，并提出了适应训练者运动速度的跟踪控制方法，提高了康复训练机器人系统的智能性和安全性。

发明内容：

发明目的：

为了解决上述问题，提出一种具有运动速度决策的康复训练机器人自适应跟踪控制方法，目的是解决康复训练机器人的运动速度决策问题，并提出适应训练者运动速度的跟踪控制方法，保证跟踪误差系统稳定，实现人机运动速度协调，提高康复训练机器人系统的智能性和安全性。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有运动速度决策的康复训练机器人的自适应跟踪控制方法，其特征在于：

1)比较康复训练机器人的运动速度和训练者的步行速度，并将比较结果的速度值大小作为速度决策的状态变量，以康复训练机器人加速、减速、匀速运动作为速度决策的动作，依据速度值之差设计决策过程的奖惩函数，实现康复训练机器人运动速度决策；

2)利用决策的运动速度及康复训练机器人动力学模型建立跟踪误差系统，提出康复训练机器人适应训练者步行速度的跟踪控制方法，使误差系统实现稳定并确保人机运动速度协调。

步骤如下：

步骤1)比较康复训练机器人的运动速度和训练者的步行速度，并将比较结果的速度值大小作为速度决策的状态变量，并将比较结果设置为三种状态，其中，v_t表示机器人当前速度，V_t表示训练者当前速度，状态描述如下：

state₁:v_tV_t                     (1)

state₂:v_t＝V_t                                (2)

state₃:v_tV_t                      (3)