基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制

作     者：叶日伟 李健 梁鹏 施显林 李彦君 韩泽仲 YE Riwei;LI Jian;LIANG Peng;SHI Xianin;LI Yanjun;HAN Zezhong

作者机构：广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州545616 

出 版 物：《广西科技大学学报》 (Journal of Guangxi University of Science and Technology)

年 卷 期：2024年第35卷第1期

页      面：18-25页

学科分类：1002[医学-临床医学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(81960332) 广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2023KY0353)资助 

主　　题：卧式康复机器人 阻抗控制 柔顺控制 人机交互 

摘      要：为满足脑卒中患者早期卧床康复需求,结合临床康复手法与人机工程学,设计了一款卧式康复机器人。该卧式康复机器人可以提供单腿屈髋屈膝运动、卧式步态运动、桥式运动等多种有效的康复动作。为确保训练的安全性以及改善在训练过程中由人机交互作用带来的舒适度和柔顺性差等问题,采用一种基于阻抗模型的柔顺控制方法。将人与机器人之间的交互视为一种虚拟的阻抗模型,即二阶质量-弹簧-阻尼模型,并基于该阻抗模型进行康复机器人的柔顺控制研究。该柔顺控制策略由外环阻抗控制器和内环PID控制器组成,外环的阻抗控制器通过将人机交互力作用在阻抗模型上,实现根据人体意图对运动轨迹进行改变,而内环的PID控制器主要实现对生成的期望轨迹进行稳定跟踪。通过实验证明了基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制的有效性。