【摘 要】
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随着社会老龄化程度的加深,由神经系统疾病或肌肉骨骼疾病造成步行功能障碍的患者明显增多。传统的康复疗法已经无法满足患者的需求,这促使步行康复训练机器人得到了空前的发展。在训练过程中,机器人需要跟踪医生指定的速度与轨迹以辅助患者治疗,目前针对步行康复训练机器人的跟踪控制已经取得了许多研究成果,然而这些研究成果都没有考虑康复机器人的速度与轨迹同时约束控制。无论是速度还是轨迹,只要超出安全范围就会减弱康复
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随着社会老龄化程度的加深,由神经系统疾病或肌肉骨骼疾病造成步行功能障碍的患者明显增多。传统的康复疗法已经无法满足患者的需求,这促使步行康复训练机器人得到了空前的发展。在训练过程中,机器人需要跟踪医生指定的速度与轨迹以辅助患者治疗,目前针对步行康复训练机器人的跟踪控制已经取得了许多研究成果,然而这些研究成果都没有考虑康复机器人的速度与轨迹同时约束控制。无论是速度还是轨迹,只要超出安全范围就会减弱康复训练的效果,甚至对患者造成伤害。针对这一问题,研究了康复机器人的运动状态约束控制方法,主要研究内容包括:考虑了患者对康复机器人的影响,建立了具有重心偏移的康复机器人动力学模型。在此基础上,为了减少外部扰动对系统的影响,设计了基于径向基函数（RBF）的扰动观测器。针对机器人的运动速度无法得到约束会发生突变的问题,设计了基于对数型障碍李亚普诺夫函数（ln-BLF）方法的康复机器人的速度约束控制器。针对人机运动速度不协调威胁训练者安全的问题,进一步设计了一种基于双曲正弦型障碍李亚普诺夫函数（sinh-BLF）的各轴速度约束控制器,并通过扰动观测器提高了控制器的跟踪性能,实现了康复机器人各轴速度约束。通过李亚普诺夫函数证明了系统的稳定性,仿真验证了机器人的各轴速度均被约束在安全范围内。针对机器人运动轨迹误差过大同样会影响患者安全的问题,在速度约束的基础之上,提出了一种具有扰动抑制功能的运动状态约束控制方法。实现了对康复机器人各轴速度与轨迹的同时约束。通过李亚普诺夫函数证明了系统的稳定性,仿真验证了提出方法可以在扰动作用下约束机器人各轴的速度与轨迹,保障了人机系统的安全性。
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