22、机器人康复与管道检测技术：创新设计与应用

机器人康复与管道检测技术：创新设计与应用

一、上肢康复机器人的混合自动机框架控制方案

在康复治疗领域，为了根据患者的表现灵活切换康复任务模式，研究人员提出了一种基于混合自动机框架的自适应阻抗控制方案。

1. 系统描述

   • 控制架构 ：该控制方案采用监督控制器形式，包含低级手臂辅助控制器和高级控制器。低级控制器由阻抗控制方案驱动，用于在需要时辅助患者进行手臂弯曲运动；高级控制器则负责决策过程，并监督康复策略执行中的安全事件。
   • 机器人动力学方程 ：对于模拟机器人平台和人体上肢的单连杆模型，其动力学方程为 (J \ddot{\theta} + mgl \cos \theta = \tau)。其中，(\tau) 是关节处的驱动扭矩向量，(J) 是连杆的转动惯量，(m) 是连杆的总质量，(g) 是重力加速度，(l) 是从关节轴到连杆的距离，(\ddot{\theta}) 是连杆的角加速度，(\theta) 是连杆的角度。
   • 混合自动机框架 ：采用混合自动系统模型实现监督控制框架，使系统具有适应性。混合自动机是用于混合离散和连续动态系统的模型，可充分描述离散事件系统（DES）。DES 框架可定义为六元组 (HA = {S, Q, R, \varepsilon, X_0, Q_m})，其中 (S) 是框架的离散状态集（本实验中有三个状态），(Q) 是基于事件生成的工厂符号集，(R) 是控制器生成的控制符号集，(\varepsilon) 表示状态转换，(X_0