基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统设计

来源：计算机测量与控制杂志2021年第1期北京时间：

作者：程帆,董宇欣

单位：延安大学物理与电子信息学院

摘要：传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响，导致系统控制精准度较低，为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统。设计上肢康复机器人交互控制系统结构，选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块，利用椎齿轮改变驱动力方向，设计机械臂肘部结构，通过同步带传动，将器件隐藏于空手柄中。设计机械臂腕部结构，满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求。选择箔式应变片BF350力传感器，设计电阻应变片桥接电路，处理传输信号。构建机器人目标阻抗模型，设计基于力阻抗控制策略，调节位置、速度和关节。为改善奇异位形情况，在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到，实现角速度精准输出，完成系统控制。由实验结果可知，该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致，满足系统设计需求。

关键词：力阻抗模型;上肢康复机器人;交互控制;奇异位形;

基金资助：[1]延安大学大学生创新创业训练计划项目(D2017172)校级； [2]延安大学大学生创新创业训练计划项目(D2019218)校级； [3]延安大学2018年科研计划项目(YDQ2018-10)校级