资源类型：
申请人：
昆明理工大学
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云南省第一人民医院
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当前专利权人：
昆明理工大学
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云南省第一人民医院
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申请号：
申请日期：
授权年份：
公开号：
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法律状态：
主分类号：
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摘要：
本发明公开了一种基于自适应参数估计的下肢外骨骼灵敏度放大控制方法，包括建立下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型；对所建立的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型未知参数进行在线估计，获得估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型；将估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型代入灵敏度放大控制器中，得到所需的控制律。本发明针对灵敏度放大控制存在的问题，提出一种在线参数估计方法，用于设计控制器所需的参数，改进后的灵敏度放大控制在确保参数收敛到真值的同时也实现了外骨骼的关节轨迹与人体的行走轨迹的高度重合。
主权项：
1.一种基于自适应参数估计的下肢外骨骼灵敏度放大控制方法，其特征在于：包括： 建立下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型； 对所建立的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型未知参数进行在线估计，获得估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型； 将估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型代入灵敏度放大控制器中，得到所需的控制律； 所述建立下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型，包括： 定义拉格朗日量L为： (1) 式中：为下肢外骨骼机器人系统动能，为下肢外骨骼机器人系统势能； 拉格朗日量L对求偏导后对时间t求微分得到拉格朗日方程： (2) 式中：为运动中所有广义外力矢量，为系统的广义坐标矢量； 根据下肢外骨骼几何模型，得到大腿杆件质心（12）到髋关节旋转中心（10）的距离，小腿杆件质心（13）到膝关节旋转中心（11）的距离为： (3) 式中：为大腿杆件质心（12）到髋关节旋转中心（10）的距离，为小腿杆件质心（13）到膝关节旋转中心（11）的距离，为大腿杆件质心（12）的空间坐标，为小腿杆件质心（13）的空间坐标； 杆件质心的速度为： (4) 式中：为大腿杆件质心（12）的速度，为小腿杆件质心（13）的速度，为髋关节旋转中心（10）的角速度，为膝关节旋转中心（11）的角速度； 下肢外骨骼机器人单腿有两个主动自由度，下肢外骨骼机器人系统的动能为： (5) 式中：分别为大腿杆件（6）、小腿杆件（8）的动能；、分别为大腿杆件（6）、小腿杆件（8）的髋关节旋转中心（10）的质量；、分别为大腿杆件（6）、小腿杆件（8）的转动惯量；分别分别髋关节旋转中心（10）、膝关节旋转中心（11）的角加速度；分别为髋关节旋转中心（10）的角度、角速度、角加速度；分别为膝关节旋转中心（11）的角度、角速度、角加速度； 下肢外骨骼机器人系统的势能为： (6) 式中：g为重力加速度； 基于拉格朗日方程，得到下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型： (7) 式中：为惯性矩阵，为向心力矩阵，为重力向量；为下肢外骨骼机器人系统的驱动器产生的驱动力矩； 所述对所建立的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型未知参数进行在线估计，获得估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型，包括：对所得到的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型进行线性参数化处理，通过引入一阶低通滤波操作，并设计一种基于参数估计误差驱动的自适应律对未知参数进行有效估计； 所述对所建立的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型未知参数进行在线估计，获得估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型，包括： 将下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型等式左边部分改写为线性参数化的形式： (8) 式中：为惯性矩阵，为向心力矩阵，为重力向量，惯性矩阵、向心力矩阵，重力向量为下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型中含有未知参数的矩阵；是一个关于,的待估计的常数向量，是已知的回归矩阵； 然后定义中间参数，； 得到： (9) 式中：为不包含加速度项的回归矩阵； 将下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型改写，获得重构的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型： (10) 式中：； 对重构的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型等式两边同时引入低通滤波，得到： (11) 式中：、分别是、滤波后的回归矩阵；表示低通滤波后的； (12) 式中：k表示低通滤波系数，t表示时间； 将公式(12)代入公式(11)，得到： (13) 式中：是一个新的回归矩阵，且不包含加速度； 然后定义矩阵和向量： (14) 式中：是一个可调参数；表示的转置；分别表示矩阵、向量在初始时刻t=0时的取值； 定义向量为： (15) 式中：表示与的误差； 设计对应的系统估计参数的自适应律为： (16) 式中：为学习增益矩阵； 通过将估计的值代回到公式(7)，则得到估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型： (17) 式中：分别表示估计的下肢外骨骼机器人单腿的两自由度动力学模型的惯性矩阵、向心力矩阵、重力向量。
