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上肢康复机器人主动轨迹追踪控制方法的研究

陈密杰 王钰

陈密杰, 王钰. 上肢康复机器人主动轨迹追踪控制方法的研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1832-1839. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190240
引用本文: 陈密杰, 王钰. 上肢康复机器人主动轨迹追踪控制方法的研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1832-1839. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190240
Chen Mijie, Wang Yu. Study on Active Trajectory Tracking Control Method for Upper Limb Rehabilitation Robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1832-1839. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190240
Citation: Chen Mijie, Wang Yu. Study on Active Trajectory Tracking Control Method for Upper Limb Rehabilitation Robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1832-1839. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190240

上肢康复机器人主动轨迹追踪控制方法的研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190240
基金项目: 

山东省科技发展计划项目 40214010075

详细信息
    作者简介:

    陈密杰(1994-), 硕士研究生, 研究方向为机器人, 1837953557@qq.com

    通讯作者:

    王钰, 副教授, 硕士生导师, ywang@qdu.edu.cn

  • 中图分类号: TP24

Study on Active Trajectory Tracking Control Method for Upper Limb Rehabilitation Robot

  • 摘要: 针对上肢康复机器人在主动康复模式下,末端手部工具的TCP点如何能保持有效追踪给定空间平面内的轨迹,提出了一种空间容差约束控制方法。通过约束TCP距轨迹平面的正负向距离,同时约束其在轨迹面内距离轨迹的正负向距离,产生约束的末端阻力正比于TCP偏离给定轨迹的距离,引导TCP点始终落在轨迹的容差体内。在控制实现上采用了多线程编程技术,以确保患者手部TCP点偏差距离的检测、计算与比较,以及关节力矩实时改变的控制等过程,不会出现感知上的延迟。实验结果表明,该控制方法在辅助患者主动追踪给定的空间平面轨迹时,达到了预期的效果。
  • 图  1  康复机器人、患者与轨迹平面的关系

    图  2  坐标系与平面轨迹

    图  3  用于设定轨迹的空间平面集

    图  4  轨迹平面与轨迹方程

    图  5  主动轨迹追踪约束容差体的实现

    图  6  方位约束容差体截面示意图

    图  7  方位约束算法空间示意图

    图  8  重定位算法空间示意图

    图  9  主动轨迹追踪控制算法流程图

    图  10  各线程编程实现的框架

    图  11  上肢康复机器人

    图  12  机器人关节坐标系

    图  13  xoy轨迹平面建立空间示意图

    图  14  主动轨迹追踪控制实验仿真结果

    表  1  初始位置D-H参数表

    连杆i θi /(°) di /mm ai /mm αi /(°)
    0-1 θ1 0 0 0
    1-2 θ2 0 0 α2
    2-3 θ3 0 a3 0
    3-4 θ4 0 a4 0
    4-5 θ5 d5 0 α5
    5-6 θ6 d6 0 α6
    6-7 θ7 d7 0 0
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  • 收稿日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-12-05

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