科创中国
一种自平衡下肢外骨骼机器人的稳定行走控制方法及系统
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-27 10:31:03
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-10-10 14:37:53
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自平衡下肢外骨骼机器人的稳定行走控制方法及系统，该控制方法包括以下步骤：S1、建立自平衡下肢外骨骼机器人的质心动力学模型，将所述质心动力学模型简化处理为相对应的线性倒立摆模型；S2、基于零力矩点和预览控制方法，根据期望的CoM和立足点的轨迹生成所述SBLLE的步态；S3、通过力/力矩传感器计算补偿来引入CoM的顺应性，基于弹簧负载倒立摆模型动力学模型建立步行控制器，并通过物理参数独立反馈控制策略来稳定行走过程中的所述SBLLE。该控制方法提升了自平衡下肢外骨骼机器人的步行稳定性，以及控制策略对外骨骼机器人自身和用户两者的物理参数的鲁棒性。
一种自平衡下肢外骨骼机器人的稳定行走控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立自平衡下肢外骨骼机器人(英文全称为Self-balancing lower limbexoskeleton，英文缩写为SBLLE)的质心动力学模型，将所述质心动力学模型简化处理为相对应的线性倒立摆模型(英文全称为Linear Inverted Pendulum Model，英文缩写为LIPM)；
S2、基于零力矩点(英文全称为Zero Moment Point，英文缩写为ZMP)和预览控制方法，根据期望的CoM和立足点的轨迹生成所述SBLLE的步态；
S3、通过力/力矩传感器计算补偿来引入CoM的顺应性，基于弹簧负载倒立摆模型(英文全称为Spring Loaded Inverted Pendulum，英文缩写为SLIP)动力学模型建立步行控制器，并通过物理参数独立反馈控制策略来稳定行走过程中的所述SBLLE。
下肢外骨骼机器人可以帮助相关截瘫患者进行运动辅助和医疗康复。目前下肢外骨骼机器人的技术路径有两种。
一种是依靠拐杖或推车等辅助装置保持动态平衡，实现支撑患者行走的目的，如ReWalk、Ekso、Cyberdyne等产品。其中，Wandercraft公司开发了具有12个活动关节的Atalante自平衡下肢外骨骼机器人，它的控制策略采用混合零动力学(HZD)，该策略基于全身动力学，最初被用于稳定人形机器人，现在已被应用在自平衡下肢外骨骼机器人的高效和稳定行走上。这类产品不太需要关注稳定性，而是侧重运动指标，如步行速度和用户舒适度等。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明还提供一种自平衡下肢外骨骼机器人的稳定行走控制系统，该系统包括：模型模块，用于建立SBLLE的质心动力学模型，将所述质心动力学模型简化处理为相对应的LIPM；生成模块，用于基于ZMP和预览控制方法，根据期望的CoM和立足点的轨迹生成所述SBLLE的步态；控制模块，用于通过力/力矩传感器计算补偿来引入CoM的顺应性，基于SLIP动力学模型建立步行控制器，并通过物理参数独立反馈控制策略来稳定行走过程中的所述SBLLE。
本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供的一种自平衡下肢外骨骼机器人的稳定行走控制方法及系统，该控制方法提升了自平衡下肢外骨骼机器人的步行稳定性，以及控制策略对外骨骼机器人自身和用户两者的物理参数的鲁棒性。
技术合作
任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
下载app