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专利号: 2017100997502
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种机器人控制方法,其特征在于,包括:

利用基于中枢模式发生器的髋关节位置控制方法对机器人的髋关节神经元进行处理,得到髋关节神经元的内部状态;其中,所述髋关节神经元包括至少一个髋关节伸展运动神经元和至少一个髋关节弯曲运动神经元;

所述基于中枢模式发生器的髋关节位置控制方法包括如下数学模型:其中,i表示一个髋关节伸展运动神经元;

j 表示一个髋关节弯曲运动神经元;

Xi 表示第i个神经元的内部状态;

Xi ′表示第i个神经元的自抑制状态;

Tr是阶跃输入下的上升时间常数;

Ta是疲劳时间常数,表明疲劳效果的滞后时间;

bi是第i个神经元的自抑制状态对细胞内部状态的影响程度;

aij 代表神经元j和i的抑制连接权重,其中,i=1,2,j=1,2;

Si是外部常输入;

Ik(k=1,2)代表第k个中枢模式发生器单元的外部周期输入信号;

由公式max(0,x1)-max(0,x2)计算得到髋关节神经元的内部状态;

利用膝关节分级阻抗控制方法对所述机器人的膝关节进行处理,得到膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和膝关节在低阻抗控制规律时的力矩;

根据所述髋关节神经元的内部状态、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述机器人的膝关节力矩。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述髋关节神经元的内部状态、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述机器人的膝关节力矩,包括:建立以所述至少一个髋关节伸展运动神经元为变量的髋关节伸展函数;

建立以所述至少一个髋关节弯曲运动神经元为变量的髋关节弯曲函数。

3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述髋关节神经元的内部状态、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述机器人的膝关节力矩,包括:根据所述髋关节伸展函数、所述髋关节弯曲函数、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述膝关节力矩。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用膝关节分级阻抗控制方法对所述机器人的膝关节进行处理,得到膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,包括:计算第一比例微分控制器参数和膝关节实际角度的乘积与第二比例微分控制器参数与膝关节实际速度的乘积的和值,并对该和值进行取负计算,得到所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩;

计算增幅系数与人机相互作用力矩的乘积,得到所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩。

5.一种机器人控制装置,其特征在于,包括:

第一计算单元,用于利用基于中枢模式发生器的髋关节位置控制方法对机器人的髋关节神经元进行处理,得到髋关节神经元的内部状态;其中,所述髋关节神经元包括至少一个髋关节伸展运动神经元和至少一个髋关节弯曲运动神经元;所述基于中枢模式发生器的髋关节位置控制方法包括如下数学模型:其中,xi 表示第i个神经元的内部状态;

x i ′表示第i个神经元的自抑制状态;

Tr是阶跃输入下的上升时间常数;

Ta是疲劳时间常数,表明疲劳效果的滞后时间;

bi是第i个神经元的自抑制状态对细胞内部状态的影响程度;

aij代表神经元j和i的抑制连接权重,其中,i=1,2,j=1,2;

Si是外部常输入;

Ik(k=1,2)代表第k个中枢模式发生器单元的外部周期输入信号;

由公式max(0,x1)-max(0,x2)计算得到髋关节神经元的内部状态;

第二计算单元,用于利用膝关节分级阻抗控制方法对所述机器人的膝关节进行处理,得到膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和膝关节在低阻抗控制规律时的力矩;

第三计算单元,用于根据所述髋关节神经元的内部状态、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述机器人的膝关节力矩。

6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第三计算单元还用于:建立以所述至少一个髋关节伸展运动神经元为变量的髋关节伸展函数;

建立以所述至少一个髋关节弯曲运动神经元为变量的髋关节弯曲函数。

7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第三计算单元还用于:根据所述髋关节伸展函数、所述髋关节弯曲函数、所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩和所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩,利用髋膝关节联动控制方法对所述机器人的所述髋关节神经元和所述膝关节进行处理,得到所述膝关节力矩。

8.如权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第二计算单元还用于:计算第一比例微分控制器参数和膝关节实际角度的乘积与第二比例微分控制器参数与膝关节实际速度的乘积的和值,并对该和值进行取负计算,得到所述膝关节在高阻抗控制规律时的力矩;

计算增幅系数与人机相互作用力矩的乘积,得到所述膝关节在低阻抗控制规律时的力矩。