[发明专利]基于速度观测的康复机器人预定学习时间迭代控制方法

说明书

本发明公开了一种基于速度观测的康复步行机器人预定学习时间迭代控制方法。其特征为：将不同训练者对康复机器人产生的干扰从模型中进行分离，并且基于康复机器人的实际运动位置设计速度观测器，建立了康复机器人运动速度观测的第k次学习误差系统；基于迭代学习理论，设计了预定学习时间迭代控制器，抑制干扰对康复机器人跟踪精度的影响，并且使观测误差系统和跟踪误差系统在预定学习时间内实现稳定；基于STM32F411系列单片机将输出PWM信号提供给电机驱动模块，使康复机器人在预定时间内稳定的跟踪医生指定的运动轨迹。该方法巧妙地设计了一种预定时间观测器来估计机器人的运动速度，并提出了预定学习时间迭代控制方法，使康复机器人预定时间内实现观测误差系统和跟踪误差系统的稳定性，提高了人机系统的跟踪精度和安全性。

技术领域：

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

背景技术：

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，由于康复机器人速度测量误差，导致反馈到控制器的信息不准确，影响了康复机器人的控制精度。因此，研究康复机器人的速度观测方法，并在预定时间内使观测误差系统和跟踪误差系统均实现稳定，对提高系统的跟踪精度和安全性具有重要意义。

近年来，关于康复步行机器人迭代学习跟踪控制已有许多研究成果，然而迭代学习时间的长短直接决定了机器人控制系统的跟踪性能，这些结果都没有解决在预定的学习时间内实现系统的稳定性问题。如果系统不能在预定的时间内实现稳定的跟踪，导致暂态运动阶段调节时间过长，不仅影响跟踪精度，而且过大的轨迹跟踪误差会使机器人碰撞周围的物体，从而威胁训练者的安全。到目前为止，还没有关于康复机器人基于速度观测的预定学习时间迭代控制方法，本发明基于新视角提出了预定时间速度观测方法和预定学习时间迭代控制方法，对保障康复者的跟踪训练效果和安全性具有重要意义。

发明内容：

发明目的：

为了解决上述问题，本发明提供了基于速度观测的康复机器人预定学习时间迭代控制方法，目的是在预定时间内实现观测误差和跟踪误差系统的稳定性，提高系统跟踪精度和安全性。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

基于速度观测的康复机器人预定学习时间迭代控制方法，其特征在于：

1)将不同训练者对康复机器人产生的干扰从模型中进行分离，并且基于康复机器人的实际运动位置设计速度观测器，建立了康复机器人运动速度观测的第k次学习误差系统；

2)基于迭代学习理论，设计了预定学习时间迭代控制器，抑制干扰对康复机器人跟踪精度的影响，并且使观测误差系统和跟踪误差系统在预定学习时间内实现稳定。

步骤如下：

步骤1)将不同训练者对康复机器人产生的干扰从模型中进行分离，并且基于康复机器人的实际运动位置设计速度观测器，建立了康复机器人运动速度观测的第k次学习误差系统。其特征在于：系统的动力学模型描述如下

其中