康复机器人运动控制技术

本书系统讨论了康复机器人运动控制问题，给出了提高人机系统跟踪精度和保障人机系统安全的技术方案。在研究康复机器人系统模型建立方法的基础上，分别从有限时间控制、数据驱动控制、强化学习控制视角，解决了死区补偿和人机合作环境对跟踪性能的影响问题，再从迭代学习控制、速度约束跟踪控制视角出发，解决了康复机器人运动速度感知、主动训练意图轨迹识别和主被动训练模式切换问题，并分析了人机跟踪误差系统的稳定性条件，研究了康复机器人精确跟踪控制和安全控制的关键技术。本书中提出的创新理论和方法，为康复机器人运动控制理论的发展和实际技术应用提供了有效途径。
本书控制技术新颖、内容实用、表述清晰、结合实际解决问题，主要供从事康复医疗机器人研究的科研人员参考，也可作为高等学校相关专业研究生的参考书。

女，博士，教授，博士生导师。2006年9月毕业于东北大学控制科学与工程专业，获工学博士学位。2012年12月至2013年06月在日本高知工科大学智能机器人实验室工作，2006年10至今在沈阳工业大学从事教学与科研工作。主持辽宁省教育厅优秀人才项目1项，辽宁省自然科学基金项目2项，辽宁省博士启动基金项目1项，辽宁省教育厅科学研究项目2项，参与国 家级项目2项。

第1章 绪论 001
1.1 康复机器人国内外发展现状 001
1.2 康复机器人不确定合作环境下跟踪控制的研究现状 006
1.3 康复机器人提高稳定性能控制方法的研究现状 007
1.4 康复机器人安全运动状态跟踪控制的研究现状 009
1.5 康复机器人运动意图识别的研究现状 011
参考文献 012

第2章 康复机器人的模型建立 022
2.1 康复机器人的人机合作系统 022
2.2 康复机器人的运动学模型 024
2.3 康复机器人的动力学模型 026
2.4 康复机器人的数据驱动模型 029
2.4.1 人机合作环境数据驱动模型 029
2.4.2 运动轨迹数据驱动模型 032
2.4.3 运动速度数据驱动模型 033
2.5 本章小结 036
参考文献 036

第3章 康复机器人死区补偿的有限时间控制 038
3.1 死区补偿有限时间控制 040
3.1.1 有限时间补偿控制器设计 040
3.1.2 死区宽度估计及有限时间稳定性分析 043
3.1.3 仿真分析 045
3.2 内干扰力观测的死区补偿有限时间控制 050
3.2.1 内干扰力观测器设计 050
3.2.2 随机配置网络死区估计 051
3.2.3 死区补偿控制器设计 053
3.2.4 仿真分析 058
3.3 本章小结 074
参考文献 075

第4章 康复机器人人机合作环境估计的数据驱动控制 079
4.1 康复机器人安全触发数据驱动控制 080
4.1.1 数据驱动模型系数矩阵的估计 080
4.1.2 安全触发数据驱动控制器的设计 082
4.1.3 仿真分析 085
4.2 人机合作环境估计的补偿跟踪控制 090
4.2.1 合作环境数据驱动估计的补偿控制器设计 090
4.2.2 人机系统稳定性分析 091
4.2.3 仿真分析 093
4.3 人机系统的数据驱动安全控制 101
4.3.1 数据驱动观测器的设计 101
4.3.2 速度和输入力同时约束的方法 103
4.3.3 运动速度数据模型系数矩阵的估计 106
4.3.4 数据驱动安全控制器的设计 109
4.3.5 仿真分析 111
4.4 本章小结 120
参考文献 120

第5章 康复机器人的强化学习跟踪控制 123
5.1 强化学习最优跟踪控制 124
5.1.1 最优跟踪控制器的设计 124
5.1.2 人机系统稳定性分析 130
5.1.3 仿真分析 137
5.2 速度约束强化学习最优跟踪控制 140
5.2.1 安全速度的强化学习控制器设计 140
5.2.2 稳定性分析 144
5.2.3 仿真分析 147
5.3 本章小结 151
参考文献 151

第6章 康复机器人人机速度协调的迭代学习跟踪控制 154
6.1 运动速度感知的迭代学习控制 155
6.1.1 运动速度感知方法 155
6.1.2 人机系统每步限时学习控制方法 157
6.1.3 跟踪误差系统稳定性分析 158
6.1.4 仿真分析 161
6.2 运动速度约束的迭代学习控制方法 175
6.2.1 速度约束的模型预测方法 175
6.2.2 部分记忆信息的迭代学习控制方法 177
6.2.3 跟踪误差系统稳定性分析 178
6.2.4 仿真分析 180
6.3 本章小结 185
参考文献 186

第7章 康复机器人意图轨迹识别的速度约束跟踪控制 189
7.1 康复机器人主动训练意图轨迹识别方法 190
7.1.1 意图轨迹识别的方案设计 190
7.1.2 意图轨迹识别的压力数据信息 191
7.1.3 意图轨迹识别的模糊推理方法 192
7.2 康复机器人运动速度约束跟踪控制 195
7.2.1 人机合作环境的RBF 神经网络估计 195
7.2.2 对数型BLF 速度约束控制器的设计 196
7.2.3 跟踪误差系统稳定性分析 197
7.2.4 仿真分析 200
7.3 康复机器人各轴速度约束跟踪控制 205
7.3.1 双曲正弦型BLF 各轴速度约束控制器的设计 205
7.3.2 跟踪误差系统稳定性分析 208
7.3.3 仿真分析 209
7.4 本章小结 212
参考文献 212

第8章 康复机器人主被动切换训练的跟踪控制 214
8.1 被动训练到主动训练直接切换的控制方法 215
8.1.1 人机系统不确定环境估计 215
8.1.2 被动训练的速度约束补偿控制 217
8.1.3 主动训练的有限时间学习控制 220
8.1.4 仿真分析 225
8.2 被动训练和主动训练循环切换的控制方法 230
8.2.1 人机系统切换训练的动力学模型 230
8.2.2 循环切换训练的环境估计 232
8.2.3 循环切换训练的跟踪控制方法 234
8.2.4 跟踪误差系统稳定性分析 236
8.2.5 仿真分析 239
8.3 本章小结 248
参考文献 248