申请/专利权人：合肥综合性国家科学中心人工智能研究院(安徽省人工智能实验室)

申请日：2022-04-18

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN114795604B

主分类号：A61F2/60

分类号：A61F2/60;A61F2/64;A61F2/66;A61F2/70;A61B5/11;A61B5/00;G06N5/04;G06F17/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2022.08.16#实质审查的生效;2022.07.29#公开

摘要：本发明提供了一种基于非零和博弈的下肢假肢协调控制方法及系统，包括：首先通过多组步态数据设计各关节期望轨迹或预设期望轨迹；然后由传感器数据得到各关节真实轨迹，由此计算出关节轨迹误差，并基于髋关节轨迹误差设计出人与假肢之间的虚拟交互力，由该交互力和机器输入便可以得出下肢假肢的阻抗模型；最后设计了一个自适应控制器输出控制力矩，对机器人进行控制。本发明提出的控制方法可以在患者穿戴下肢假肢行走时，实现更加柔顺、更加有效率的控制，提高患者的穿戴体验。

主权项：1.一种基于非零和博弈的下肢假肢协调控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：采集步态数据，筛选出符合预设要求的髋、膝、踝关节角度轨迹，得到残肢侧下肢的期望髋关节轨迹，以及下肢假肢机器人的膝、踝关节预设期望轨迹；步骤S2：通过IMU传感器实时记录行走时髋关节、健侧腿膝、踝关节的关节角度，并通过正运动学计算得到健侧腿膝、踝关节在笛卡尔空间的运动轨迹，将滞后运动轨迹半个步态周期的轨迹作为期望轨迹，同时利用电机自带的霍尔传感器实时记录下肢假肢膝、踝关节的关节角度和角速度，通过正运动学得到下肢假肢机器人在笛卡尔空间中膝、踝关节实际位置轨迹和实际速度轨迹；步骤S3：根据髋关节期望与实际角度的偏差，得出髋关节角度误差，计算出人对假肢机器人的虚拟交互力fv；步骤S4：根据关节真实位置x、真实速度和预设期望位置xd构造状态变量ξ，将假肢机器人的阻抗模型转换为状态方程；步骤S5：构建人机非零和博弈模型，计算得到纳什均衡下的最佳牵引力u*和最佳人机交互力所述的牵引力为驱动器驱动电机而对小腿腿杆和脚部产生的力，将阻抗模型中的机器输入u设计为该最佳牵引力；步骤S6：计算交互力误差ef，建立交互力误差成本函数通过调节参数使得E最小化，交互力误差趋于0；步骤S7：将当前机器输入u和虚拟交互力fv代入阻抗模型，计算出下肢假肢膝关节和踝关节在笛卡尔空间的参考轨迹；步骤S8：建立机器人的动力学模型并确定模型参数，建立李雅普诺夫方程，推导得到自适应控制器和自适应率，从而进行下肢假肢协调控制。

全文数据：

权利要求：

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