1.一種基于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人安全控制方法,其特征在于,所述控制方法包括以下步驟:
根據(jù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)建機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型;
采集整個(gè)機(jī)器人所需要的信號(hào),所述信號(hào)包括關(guān)節(jié)力矩信號(hào)、角度與角速度信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào);
根據(jù)最小二乘法辨識(shí)出患者佩戴機(jī)器人后的整體動(dòng)力學(xué)模型以及摩擦模型參數(shù);
根據(jù)關(guān)節(jié)力矩信號(hào)獲取關(guān)節(jié)力矩曲線及相應(yīng)的摩擦力矩曲線,并根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)出各關(guān)節(jié)的最優(yōu)控制序列;
根據(jù)關(guān)節(jié)力矩信號(hào)和角度與角速度信號(hào)計(jì)算出患者的發(fā)力情況,完成對(duì)患者恢復(fù)狀態(tài)的診斷。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法,其特征在于,根據(jù)關(guān)節(jié)力矩信號(hào)獲取關(guān)節(jié)力矩曲線及相應(yīng)的摩擦力矩曲線,并根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)出各關(guān)節(jié)的最優(yōu)控制序列,具體為:
當(dāng)患者佩戴好機(jī)器人后,抽象出整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型;
獲取動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的關(guān)節(jié)合力矩曲線及相應(yīng)的摩擦力矩曲線;
根據(jù)關(guān)節(jié)合力矩曲線以及相對(duì)應(yīng)的摩擦力矩曲線預(yù)測(cè)出各關(guān)節(jié)的最優(yōu)控制策略。
3.如權(quán)利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述最優(yōu)控制策略包括最優(yōu)控制序列。
4.如權(quán)利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述根據(jù)關(guān)節(jié)力矩信號(hào)和角度與角速度信號(hào)計(jì)算出患者的發(fā)力情況,具體為:根據(jù)關(guān)節(jié)合力矩及相應(yīng)的摩擦力矩的曲線,通過電機(jī)的電流傳感器計(jì)算出電機(jī)輸出的力矩,結(jié)合關(guān)節(jié)的力矩信號(hào),得到患者的發(fā)力情況。
5.如權(quán)利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述控制方法還包括:判斷患者關(guān)節(jié)的屈伸位置,當(dāng)屈伸位置達(dá)到極限時(shí),將電機(jī)鎖死。
6.一種基于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人安全控制裝置,其特征在于,所 述裝置包括:
模型構(gòu)建單元,用于根據(jù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)建機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型;
信息采集單元用于采集整個(gè)下肢康復(fù)機(jī)器人所需要的信號(hào);
參數(shù)辨識(shí)單元結(jié)合患者佩戴部位對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)辨識(shí);
控制單元用于根據(jù)逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算的方法得到各個(gè)關(guān)節(jié)的控制序列;
診斷單元用于根據(jù)信息采集單元中的轉(zhuǎn)矩傳感器和電流傳感器的反饋值計(jì)算出患者的發(fā)力情況,完成對(duì)患者恢復(fù)狀態(tài)的診斷;
安全保護(hù)單元,用于對(duì)患者待康復(fù)的關(guān)節(jié)進(jìn)行保護(hù)。
7.如權(quán)利要求6所述的控制裝置,其特征在于,所述信息采集單元還包括轉(zhuǎn)矩傳感器、位置和速度傳感器及電流傳感器,轉(zhuǎn)矩傳感器用于采集關(guān)節(jié)的力矩信號(hào);位置和速度傳感器用于采集關(guān)節(jié)的角度與角速度信號(hào);電流傳感器用于采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的控制裝置,其特征在于,所述控制單元還包括有抽象模塊、計(jì)算模塊及預(yù)測(cè)模塊;
所述抽象模塊,用于當(dāng)患者佩戴好機(jī)器人后,抽象出整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型;
所述計(jì)算模塊,用于獲取動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的關(guān)節(jié)合力矩曲線及相應(yīng)的摩擦力矩曲線;
所述預(yù)測(cè)模塊,用于根據(jù)關(guān)節(jié)合力矩曲線以及相對(duì)應(yīng)的摩擦力矩曲線預(yù)測(cè)出各關(guān)節(jié)的最優(yōu)控制策略,其中所述最優(yōu)控制策略包括機(jī)器人的最優(yōu)控制序列。