CN112894766B - 一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法 - Google Patents

一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法 Download PDF

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CN112894766B CN202011562251.0A CN202011562251A CN112894766B CN 112894766 B CN112894766 B CN 112894766B CN 202011562251 A CN202011562251 A CN 202011562251A CN 112894766 B CN112894766 B CN 112894766B
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钟一弘
张宪民
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Abstract

本发明公开了一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，该方法包括：根据传感器采集的数据得知当前的步态周期百分比；根据步态周期百分比判断当前阶段；结合力控制和位置控制、根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；判断控制系统是否继续运行，若触发停止控制部件或外骨骼主控制器判断为异常状态时进行执行停止电机转动操作。本发明采用了结合力控制和位置控制的控制策略，结合两者的优势，解决了踝关节线驱外骨骼的控制问题，达成减少力控制的电机需求及电能消耗的效果，同时减少位置控制的调试难度。

Description

一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法
技术领域
本发明涉及外骨骼控制领域，特别涉及一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
背景技术
外骨骼机器人模仿生物世界昆虫的外骨骼，是一种结合了人类智能的可穿戴设备，作为一种新型的机电设备，通过集成传感、控制、信息融合等技术，在为使用者提供保护的基础上，给使用者提供动力及其他服务；外骨骼技术有广阔的运用场景，可应用在工业领域、医疗领域、救灾领域、军事领域。
线驱外骨骼是一种新兴的外骨骼样式，通过电机拉扯鲍登线，鲍登线拉扯相应关节，从而达到辅助相应关节的目的；鲍登线上安装拉力传感器，可以达到监控鲍登线拉力的目的；现有的线驱外骨骼主要有两种，包括基于力控制、基于位置的控制；基于力控制，根据力偏差去控制电机的速度，以减小偏差，基于位置的控制，即让电机行走某种位置曲线，然后通过鲍登线的力传感器读数修正曲线。
其中，基于力控制的控制方法中电机运转会在一定程度上跟随踝关节的角度变化，在不施加辅助力时，鲍登线放松即可，然而随动的位移变化要求电机能够有较大的速度变化，因此电机的性能要求较高，尺寸较大，消耗的电能也更多，并且现有的基于力控制的外骨骼电机因为较重，大多数并没有安装在人体上；而基于位置控制的控制方法往往需要根据力传感器的读数手动调整曲线，迭代周期较长。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明的第一目的在于，提出了一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，该控制方法对步行的踝关节线驱外骨骼进行控制，在具备力控制可以实时跟踪辅助力变化的基础上，降低对于外骨骼电机的需求，从而降低外骨骼的整体重量，并且通过减少随动的位移变化，降低电能的消耗。
本发明的第二目的在于提供一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制系统。
本发明的第三目的在于提供一种存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，包括以下步骤：
采集信号：根据压力传感器采集数据与预设压力阈值判断是否触地，用于标定当前的步态周期起始点；
判断当前阶段：根据步态周期百分比判断当前阶段；
控制电机：结合力控制和位置控制，根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
判断是否继续运行：若穿戴者按下外骨骼上的停止电钮或外骨骼主控制器判断进入异常状态，电机接收到停止指令，执行停止电机转动操作；否则继续执行所述采集信号、判断当前阶段、控制电机的步骤；其中所述异常状态包括传感器故障、电机故障、外骨骼主控制器的控制算法错误。
作为优选的技术方案，所述根据步态周期百分比判断当前阶段，具体包括以下步骤：
划定过往三个步态周期的滑窗；
取滑窗的周期时长均值为当前步态周期的预测周期时长，基于当前步态周期的预测周期时长计算当前步态周期百分比；
预设阶段划分标准，根据当前的步态周期百分比在预设阶段划分标准的所属范围判断当前阶段。
作为优选的技术方案，所述根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令，包括以下步骤：
当前阶段为第一阶段时，基于位置控制进行预紧处理，包括以下步骤：设置第一阶段期望位置，根据第一阶段当前位置和第一阶段期望位置的偏差，经过PID后得到第一阶段期望速度，将第一阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第一阶段期望速度；
当前阶段为第二阶段时，基于力控制进行增大辅助力，包括以下步骤：根据第二阶段实际辅助力与第二阶段预期辅助力的偏差经过PID控制策略运算后得到第二阶段期望速度，将第二阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行实现辅助力的上升段；
当前阶段为第三阶段时，基于位置控制进行松弛处理，包括以下步骤：设置第三阶段期望位置，根据第三阶段当前位置和第三阶段期望位置的偏差，经过PID控制策略运算后得到第三阶段期望速度，将第三阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第三阶段期望速度。
作为优选的技术方案，所述第一阶段期望速度和所述第三阶段期望速度，采用以下公式计算得出：
eL＝LDES-LMOTOR
Figure BDA0002859692730000031
其中，LDES为电机的阶段预期位置，LMOTOR为电机的阶段当前位置，eL为电机的阶段预期位置和阶段当前位置的位置偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure BDA0002859692730000041
表示为位置偏差的变化，即前一个eL与当前eL的差值，Ki表示为积分环节的增益；
所述第一阶段期望速度和所述第三阶段期望速度的值不同。
作为优选的技术方案，所述第二阶段期望速度采用以下公式计算得出：
eF＝FDES-FACT
Figure BDA0002859692730000042
其中，FDES为阶段预期辅助力，FACT为阶段实际辅助力，eF为阶段预期辅助力和阶段实际辅助力的辅助力偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure BDA0002859692730000043
表示为辅助力偏差的变化，即前一个eF与当前eF的差值，Ki表示为积分环节的增益。
作为优选的技术方案，所述阶段控制参数采用以下方法调试，具体步骤包括：
步骤S1、初始化控制环境参数，具体包括：
设置辅助力样式；
根据电机性能设置电机最大转速及最大速度增量；
设置第一阶段期望位置和第三阶段期望位置；
设置3个阶段各自的PID参数；其中所述PID参数包括比例环节的增益、微分、积分环节的增益；
步骤S2、调节第一阶段PID参数；
步骤S3、调整第三阶段期望位置和第三阶段PID参数，具体包括：
设置第三阶段期望位置为大腿向前摆幅度最大时不产生辅助力的电机位置；
调节电机预期位置以放松鲍登线直至在无辅助段不产生辅助力；
第三阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使实际辅助力能够在接近T3时减至0；
步骤S4、调整第一阶段期望位置和第一阶段PID参数，具体包括：
设置第一阶段期望位置为第三阶段期望位置的预设误差范围内，使放松鲍登线在T1时刻产生辅助力；
第一阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使得在T1时刻前到达目标位置并且不产生PID参数的超调即可；
步骤S5、调整第二阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使之能够实现对应的辅助力样式。
作为优选的技术方案，所述阶段期望速度约束条件，具体包括：
电机的阶段期望速度小于电机最大速度；
电机的速度增量小于电机最大速度增量阈值，使得电机速度变化平稳。
为了到达上述第二目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制系统，包括：
数据采集分析模块，用于根据传感器采集的数据得知当前的步态周期百分比；
阶段判断模块，用于根据步态周期百分比判断当前阶段；
阶段控制模块，用于根据所述当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
控制循环判断模块，用于判断控制系统是否继续运行，若触发停止控制部件或外骨骼主控制器判断为异常状态时进行执行停止电机转动操作。
为了到达上述第三目的，本发明采用以下技术方案：
一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时实现上述应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
为了到达上述第四目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明采用了结合力控制和位置控制的控制策略，结合两者的优势，解决了踝关节线驱外骨骼的控制问题，达成减少力控制的电机需求及电能消耗的效果，同时减少位置控制的调试难度。
附图说明
图1为本发明实施例1中的应用于步行踝关节线驱外骨骼力位置混合控制方法流程图；
图2为本发明实施例1中的应用于步行踝关节线驱外骨骼力位置混合控制方法阶段划分示意图。
具体实施方式
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在该词前面的元素或者物件涵盖出现在该词后面列举的元素或者物件及其等同，而不排除其他元素或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，具体包括以下步骤：
采集信号：根据压力传感器采集数据与预设压力阈值判断是否已然触地，从而标定当前的步态周期起始点；
判断当前阶段：划定过往三个步态周期的滑窗，取滑窗的周期时长均值为当前步态周期的预测周期时长，并以此计算当前步态周期百分比，然后依照一个自定义的阶段划分标准，根据当前的步态周期百分比的所属范围判断当前阶段；
控制电机：根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
判断是否继续运行：若触发停止控制部件或外骨骼主控制器判断为异常状态，若穿戴者按下外骨骼上的停止电钮或外骨骼主控制器判断进入异常状态，电机接收到停止指令，执行停止电机转动操作；否则继续执行采集信号、判断当前阶段、控制电机的步骤；在本实施例中停止控制部件采用外骨骼上设置停止电钮的方式进行触发；外骨骼主控制器根据监测电机驱动器以及外部传感器回传的数据是否处于预设阈值范围内来判断其工作状态是否正常；其中异常状态包括传感器故障、电机故障、外骨骼主控制器的控制算法错误。
在本实施例中，步态周期百分比根据连续两次同侧脚脚跟着地时间间隔为一个完整的步态周期，即T0和T4的时间间隔，其中，T0为第一脚跟着地时间，T4为第二脚跟着地时间，T0和T4为连续两次的同侧脚脚跟着地时间，其构成了一个完整的步态周期；第一阶段对应的时间为T0到T1，其中T1为辅助力的上升起点；第二阶段为预期辅助力的上升段，即T1到T2，其中T2为辅助力的上升终点，第三阶段为辅助力的下降段到步态周期的结束，对应的时间为T2到T4。
在本实施例中，根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令，具体包括：
当前阶段为第一阶段时，基于位置控制进行预紧处理，包括：设置第一阶段期望位置，根据第一阶段当前位置和第一阶段期望位置的偏差，经过PID后得到第一阶段期望速度，将第一阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第一阶段期望速度，从而满足第一阶段的控制需求；
当前阶段为第二阶段时，基于力控制进行增大辅助力，包括：根据第二阶段实际辅助力与第二阶段预期辅助力的偏差经过PID控制策略运算后得到第二阶段期望速度，将第二阶段期望速度作为控制指令传输给电机，从而实现辅助力的上升段；
当前阶段为第三阶段时，基于位置控制进行松弛处理，包括：设置第三阶段期望位置，根据第三阶段当前位置和第三阶段期望位置的偏差，经过PID控制策略运算后得到第三阶段期望速度，将第三阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第三阶段期望速度，从而满足第三阶段的控制需求；
在本实施例中，第一阶段期望速度和第三阶段期望速度采用以下公式计算得出：
eL＝LDES-LMOTOR
Figure BDA0002859692730000091
其中，LDES为电机的阶段预期位置，LMOTOR为电机的阶段当前位置，eL为电机的阶段预期位置和阶段当前位置的位置偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure BDA0002859692730000101
表示为位置偏差的变化，即前一个eL与当前eL的差值，Ki表示为积分环节的增益；实际应用时，虽然第一阶段和第三阶段都采用相同的公式，但第一阶段期望位置和第三阶段期望位置是两个值，第一阶段期望速度和第三阶段期望速度也不同，第一阶段和第三阶段分别用于不同的控制目的，第一阶段和第三阶段使用两组不同的PID参数，此处不做限定。
在本实施例中，第二阶段期望速度采用以下公式计算得出：
eF＝FDES-FACT
Figure BDA0002859692730000102
其中，FDES为阶段预期辅助力，FACT为阶段实际辅助力，eF为阶段预期辅助力和阶段实际辅助力的辅助力偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure BDA0002859692730000103
表示为辅助力偏差的变化，即前一个eF与当前eF的差值，Ki表示为积分环节的增益；实际应用时，第二阶段单独使用一组PID参数。
如图2所示，此处两轴均不含单位，为辅助力样式和阶段划分；其中横轴是步态周期百分比，每一点的值形如“6％”“88％”直至“100％”；纵轴表示经归一化后的辅助力，设置一个辅助力峰值后即可得出全部点上的辅助力；辅助力峰值此处不作限定，可根据实际情况调整大小；
结合图2所示，本实施例中判断的当前阶段分为3个阶段，具体包括：
第一阶段，基于位置控制进行预紧处理，预紧鲍登线的松紧度至预设松紧度，用于达到一定的预紧效果，使得第二阶段能够迅速产生辅助力；即对应T0至T1段；
第二阶段，基于力控制进行增大辅助力，通过加紧鲍登线实现辅助力的上升段；即对应T1至T2段；
第三阶段，基于位置控制进行松弛处理，通过松弛鲍登线的松紧度来降低辅助力，实现辅助力的下降段，并且在不需要辅助力时不产生额外的辅助力；即对应T2至T3段。
在本实施例中，阶段控制参数通过以下方法调试，具体包括：
步骤S1、初始化控制环境参数；
在本实施例中，初始化控制环境参数，包括：
设置辅助力样式；在本实施例中设置为实现3％比例的生物跖屈力矩所需的辅助力，此处不做限定，可根据实际情况进行调整；
在本实施例中采用步态百分比形式，设定T0为0％，即一个步态周期的开始，使用脚底压力传感器并根据上述标定方法测得；根据辅助力样式的生物跖屈力矩发起点和峰值点，在之上或附近分别对应设置阶段转换时间T1及T2，本实施例中设置T1为14％，T2为52％，此处不做限定，可根据辅助力样式和实际应用场景进行微调；
根据电机性能设置电机最大转速及最大速度增量，在本实施例中电机最大速度为16000rpm，最大速度增量为400rpm/ms，此处不做限定，可根据实际应用情况设置；
设置第一阶段期望位置和第三阶段期望位置；
设置3个阶段的PID参数，即三个阶段各自的Kp和Kd和Ki；
步骤S2、调节第一阶段PID参数；
步骤S3、调整第三阶段期望位置和第三阶段PID参数，具体包括：
设置第三阶段期望位置为大腿向前摆幅度最大时不产生辅助力的电机位置；
调节电机预期位置以放松鲍登线直至在无辅助段不产生辅助力；
第三阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使实际辅助力能够在接近T3时减至0；
步骤S4、调整第一阶段期望位置和第一阶段PID参数，具体包括：
设置第一阶段期望位置为第三阶段期望位置附近，即第一阶段期望位置处于第三阶段期望位置的预设误差范围内，能够使放松鲍登线在T1时刻产生辅助力；
第一阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使得在T1时刻前到达目标位置并且不产生PID参数的超调即可；
步骤S5、调整第二阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使之能够实现对应的辅助力样式。
在本实施例中，电机的阶段期望速度约束条件包括：
电机的阶段期望速度小于电机最大速度；
电机的速度增量小于电机最大速度增量阈值，使得电机速度变化平稳。
实施例2
在本实施例中提供了一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制系统，包括：
数据采集分析模块，用于根据传感器采集的数据得知当前的步态周期百分比；
阶段判断模块，用于根据步态周期百分比判断当前阶段；
阶段控制模块，用于结合力控制和位置控制并根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
控制循环判断模块，用于判断控制系统是否继续运行，根据是否触发停止控制部件或外骨骼主控制器判断为异常状态进行执行停止电机转动操作。
实施例3
本实施例提供一种存储介质，存储介质可以是ROM、RAM、磁盘、光盘等储存介质，该存储介质存储有一个或多个程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例1的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
实施例4
本实施例提供一种计算设备，该计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑或其他具有显示功能的终端设备，该计算设备包括该计算设备包括处理器和存储器，存储器存储有一个或多个程序，处理器执行存储器存储的程序时，实现上述实施例1的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集信号：根据压力传感器采集数据与预设压力阈值判断是否触地，用于标定当前的步态周期起始点；
判断当前阶段：根据步态周期百分比判断当前阶段；
控制电机：结合力控制和位置控制，根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
所述阶段控制参数采用以下方法调试，具体步骤包括：
步骤S1、初始化控制环境参数，具体包括：
设置辅助力样式；
根据电机性能设置电机最大转速及最大速度增量；
设置第一阶段期望位置和第三阶段期望位置；
设置3个阶段各自的PID参数；其中所述PID参数包括比例环节的增益、微分环节的增益、积分环节的增益；
步骤S2、调节第一阶段PID参数；
步骤S3、调整第三阶段期望位置和第三阶段PID参数，具体包括：
设置第三阶段期望位置为大腿向前摆幅度最大时不产生辅助力的电机位置；
调节电机预期位置以放松鲍登线直至在无辅助段不产生辅助力；
第三阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使实际辅助力能够在接近T3时减至0；
步骤S4、调整第一阶段期望位置和第一阶段PID参数，具体包括：
设置第一阶段期望位置为第三阶段期望位置的预设误差范围内，使放松鲍登线在T1时刻产生辅助力；
第一阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使得在T1时刻前到达目标位置并且不产生PID参数的超调即可；
步骤S5、调整第二阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使之能够实现对应的辅助力样式；
判断是否继续运行：若穿戴者按下外骨骼上的停止电钮或外骨骼主控制器判断进入异常状态，电机接收到停止指令，执行停止电机转动操作；否则继续执行所述采集信号、判断当前阶段、控制电机的步骤；其中所述异常状态包括传感器故障、电机故障、外骨骼主控制器的控制算法错误。
2.根据权利要求1所述的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，所述根据步态周期百分比判断当前阶段，具体包括以下步骤：
划定过往三个步态周期的滑窗；
取滑窗的周期时长均值为当前步态周期的预测周期时长，基于当前步态周期的预测周期时长计算当前步态周期百分比；
预设阶段划分标准，根据当前的步态周期百分比在预设阶段划分标准的所属范围判断当前阶段。
3.根据权利要求1或2所述的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，所述根据当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令，包括以下步骤：
当前阶段为第一阶段时，基于位置控制进行预紧处理，包括以下步骤：设置第一阶段期望位置，根据第一阶段当前位置和第一阶段期望位置的偏差，经过PID后得到第一阶段期望速度，将第一阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第一阶段期望速度；
当前阶段为第二阶段时，基于力控制进行增大辅助力，包括以下步骤：根据第二阶段实际辅助力与第二阶段预期辅助力的偏差经过PID控制策略运算后得到第二阶段期望速度，将第二阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行实现辅助力的上升段；
当前阶段为第三阶段时，基于位置控制进行松弛处理，包括以下步骤：设置第三阶段期望位置，根据第三阶段当前位置和第三阶段期望位置的偏差，经过PID控制策略运算后得到第三阶段期望速度，将第三阶段期望速度作为控制指令传输给电机执行第三阶段期望速度。
4.根据权利要求3所述的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，所述第一阶段期望速度和所述第三阶段期望速度，采用以下公式计算得出：
eL＝LDES-LMOTOR
Figure FDA0003633391540000031
其中，LDES为电机的阶段预期位置，LMOTOR为电机的阶段当前位置，eL为电机的阶段预期位置和阶段当前位置的位置偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure FDA0003633391540000032
表示为位置偏差的变化，即前一个eL与当前eL的差值，Ki表示为积分环节的增益；
所述第一阶段期望速度和所述第三阶段期望速度的值不同。
5.根据权利要求3所述的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，所述第二阶段期望速度采用以下公式计算得出：
eF＝FDES-FACT
Figure FDA0003633391540000041
其中，FDES为阶段预期辅助力，FACT为阶段实际辅助力，eF为阶段预期辅助力和阶段实际辅助力的辅助力偏差；VDES为电机的阶段期望速度，Kp表示为比例环节的增益，Kd表示为微分环节的增益，
Figure FDA0003633391540000042
表示为辅助力偏差的变化，即前一个eF与当前eF的差值，Ki表示为积分环节的增益。
6.根据权利要求1所述的应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法，其特征在于，所述阶段期望速度约束条件，具体包括：
电机的阶段期望速度小于电机最大速度；
电机的速度增量小于电机最大速度增量阈值，使得电机速度变化平稳。
7.一种应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制系统，其特征在于，包括：
数据采集分析模块，用于根据传感器采集的数据得知当前的步态周期百分比；
阶段判断模块，用于根据步态周期百分比判断当前阶段；
阶段控制模块，用于根据所述当前阶段选择阶段控制方法和阶段控制参数对电机输出控制指令；
所述阶段控制参数采用以下方法调试，具体步骤包括：
步骤S1、初始化控制环境参数，具体包括：
设置辅助力样式；
根据电机性能设置电机最大转速及最大速度增量；
设置第一阶段期望位置和第三阶段期望位置；
设置3个阶段各自的PID参数；其中所述PID参数包括比例环节的增益、微分环节的增益、积分环节的增益；
步骤S2、调节第一阶段PID参数；
步骤S3、调整第三阶段期望位置和第三阶段PID参数，具体包括：
设置第三阶段期望位置为大腿向前摆幅度最大时不产生辅助力的电机位置；
调节电机预期位置以放松鲍登线直至在无辅助段不产生辅助力；
第三阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使实际辅助力能够在接近T3时减至0；
步骤S4、调整第一阶段期望位置和第一阶段PID参数，具体包括：
设置第一阶段期望位置为第三阶段期望位置的预设误差范围内，使放松鲍登线在T1时刻产生辅助力；
第一阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使得在T1时刻前到达目标位置并且不产生PID参数的超调即可；
步骤S5、调整第二阶段PID参数满足电机的阶段期望速度约束条件，使之能够实现对应的辅助力样式；
控制循环判断模块，用于判断控制系统是否继续运行，若触发停止控制部件或外骨骼主控制器判断为异常状态时进行执行停止电机转动操作。
8.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
9.一种计算设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如权利要求1-6任一项所述应用于步行踝关节线驱外骨骼的力位置混合控制方法。
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