桌面式上肢康复机器人自适应柔顺性控制方法

摘要

以一种六自由度桌面式上肢康复机器人（desktop upper limb rehabilitation robot,DULRR）为研究对象，观察到传统的位置控制无法满足患者康复训练的需求，可能导致其在康复过程中二次受伤。针对这一问题，提出一种基于位置闭环的自适应柔顺性控制方法。首先，根据DULRR的运动学模型，构建基于模糊比例-积分-微分（proportional-integral-derivative,PID）的位置控制器。然后，利用阻抗模型将力信号转换为速度和位置信号的特点，提出了基于压力传感器的自适应柔顺性控制器，与所提出的模糊PID控制器相结合，形成了完整的DULRR被动康复训练控制方法。最后，通过仿真分析和样机实验的方式，验证了基于位置闭环的自适应柔顺性控制方法的优越性。实验结果表明：相较于传统的PID控制器，在DULRR系统下模糊PID响应时间更短、稳态误差更小，体现出了较好的轨迹跟踪能力。同时，该控制器表现出良好的柔顺性效果，满足了患者早期被动康复训练的需求，并避免了康复过程中的二次伤害。

关键词

康复机器人 / 全方位移动机器人 / 运动学模型 / 模糊PID / 自适应柔顺控制