CN114432663A - 一种六自由度上肢康复机器人及其重力补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及属于医疗器械领域，涉及一种六自由度上肢康复机器人及其重力补偿方法。机器人包括机械臂与控制***，机械臂包括串联的六个电机，控制***在患者训练过程中，实时采集各电机的角度值、转速值、电流值，分析计算机械臂不同姿态下，每个电机所承受的重力分量，计算所需要的补偿力矩。通过各电机角度、速度、电流等变量的变化，捕获训练过程中的运动意图，基于计算的不同姿态下的各电机补偿力矩，采用电机力矩补偿平衡法，在实时姿态下，对每个自由度电机进行力矩补偿，实现重力补偿效果。解决上肢康复机器人在任意运动轨迹中的重力补偿问题，使患者在主动训练过程中更舒适，更安全，提高患者康复效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及一种六自由度上肢康复机器人及其重力补偿方法。
背景技术
随着社会老龄化的加剧，中年人出现过度疲劳的现象愈来愈严重，出现大量脑血管疾病或神经***疾病的群体，运动功能受到损伤，给日常生活带来非常大的不便。该群体中部分患者上肢存在一定的肌力，可以完成一定的主动运动动作。根据临床医学证明，主动康复训练是患者康复效率及肌肉力量恢复最佳方法，可以激发大脑可塑性，提高康复效果。
在训练过程中，患者与上肢康复机器人设备直接接触，患者在主动训练时，会存在设备的反作用力。由于上肢康复机器人自身存在重力，如果不解决重力补偿的问题，设备反作用力和重力会共同作用于患者上肢，患者疲惫感增强，也可能对患者造成伤害。
专利CN113171271A中公开了一种上肢康复机器人的重力补偿方法，通过构建该多关节机器人的运动轨迹，采集运动轨迹中不同位姿处每个关节的力矩和姿态，构建以关节位姿为输入，关节力矩为输出的预测模型实现重力补偿。该方法中需要预先构建机器人运动轨迹，不能覆盖任意轨迹中的不同姿态，且并未考虑电机自身摩擦力，因此不能适合实际的主动康复训练。
专利CN111248917A中公开一种下肢步行训练器主动训练控制方法及装置，针对下肢步行训练器的任意姿态的重力和摩擦力进行补偿，该下肢步行训练器共有两个自由度，姿态简单易于分析，不能适合更多自由度机器人的重力补偿。此外，该方法在实现时并未考虑转速对于摩擦力的影响。
综上所述，为了使患者在主动训练过程中更舒适，更安全，提高患者康复效果，解决多自由度上肢康复机器人在任意运动轨迹中的重力补偿问题是必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种六自由度上肢康复机器人及其重力补偿方法，解决上肢康复机器人在任意运动轨迹中的重力补偿问题，使患者在主动训练过程中更舒适，更安全，提高患者康复效果。
本发明的技术方案是提供一种六自由度上肢康复机器人，其特殊之处在于：为可穿戴外骨骼形式，包括机械臂与控制***，上述机械臂包括相互串联的第一至第六个直流伺服电机；第一直流伺服电机实现肩关节内敛/外展，第二直流伺服电机实现肩关节前屈/后伸，第三直流伺服电机实现肩关节外旋/内旋，第四直流伺服电机实现肘关节弯曲/超伸，第五直流伺服电机实现肘关节外旋/内旋，第六直流伺服电机实现腕关节背屈/掌屈；各个直流伺服电机还装配有谐波减速机和驱动器；
控制***包括储存器及处理器，存储器中存储计算机程序，该计算机程序在处理器中被执行时，实现以下过程：
步骤1、在患者训练时，实时采集各个直流伺服电机角度、转速及电流值；通过D-H参数法进行正运动学分析，建立六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图，计算在训练过程中机械臂的不同姿态；
步骤2、通过静力学理论分析方法，分析各直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩；
步骤3、通过各个直流伺服电机角度、速度、电流变化趋势，捕获训练过程中的运动意图，获得机械臂实时姿态；
步骤4、基于步骤2确定的在机械臂不同姿态下，各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩，在机械臂实时姿态下，采用电机力矩补偿平衡法，对每个直流伺服电机进行精准控制，使直流伺服电机输出大小相等、方向相反的力矩进行补偿，实现重力补偿效果。
进一步地，步骤2中通过静力学理论分析方法，分析第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下相应直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
进一步地，步骤2中第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量分别为：
T2＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2+cosθ2·Ld·G1
T3＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2
T4＇＝(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中，T2＇、T3＇、T4＇分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，θ2、θ3、θ4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机角度，Lx为机械臂中小臂重心与肘关节距离，Ld为机械臂中大臂重心与肩关节距离，L1为机械臂中大臂长度，G1、G2分别为机械臂中大臂重力和小臂重力。
进一步地，步骤2中计算的机械臂不同姿态下第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩分别为：
T2＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2-cosθ2·Ld·G1
T3＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2
T4＝(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中T2、T3、T4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
进一步地，为了克服摩擦力和转动惯量，带来的操作不柔顺，步骤4中利用阻力补偿系数ηi对各补偿力矩T2、T3、T4进行修正，并在训练过程中，通过调节等级系数k调整重力补偿力矩，实际输出重力补偿力矩如下：
Mi＝k·(ηi·Vi+Ti)
其中：Mi为第i直流伺服电机实际输出的重力补偿力矩，Vi为第i直流伺服电机的速度，i＝2,3,4。
本发明还提供一种六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、在患者训练时，实时采集各个直流伺服电机角度、转速及电流值；通过D-H参数法进行正运动学分析，建立六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图，计算在训练过程中机械臂的不同姿态；
步骤2、通过静力学理论分析方法，分析各直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩；
步骤3、通过各个直流伺服电机角度、速度、电流变化趋势，捕获训练过程中的运动意图，获得机械臂实时姿态；
步骤4、基于步骤2确定的在机械臂不同姿态下，各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩，在机械臂实时姿态下，采用电机力矩补偿平衡法，对每个直流伺服电机进行精准控制，使直流伺服电机输出大小相等、方向相反的力矩进行补偿，实现重力补偿效果。
进一步地，上述步骤2中通过静力学理论分析方法，分析第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下相应直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
进一步地，上述步骤2中第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量分别为：
T2＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2+cosθ2·Ld·G1
T3＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2
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其中，T2＇、T3＇、T4＇分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，θ2、θ3、θ4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机角度，Lx为机械臂中小臂重心与肘关节距离，Ld为机械臂中大臂重心与肩关节距离，L1为机械臂中大臂长度，G1、G2分别为机械臂中大臂重力和小臂重力。
进一步地，上述步骤2中计算的机械臂不同姿态下第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩分别为：
T2＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2-cosθ2·Ld·G1
T3＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2
T4＝(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中T2、T3、T4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
进一步地，上述步骤4中利用阻力补偿系数ηi对各补偿力矩T2、T3、T4进行修正，并在训练过程中，通过调节等级系数k调整重力补偿力矩，实际输出重力补偿力矩如下：
Mi＝k·(ηi·Vi+Ti)
其中：Mi为第i直流伺服电机实际输出的重力补偿力矩，Vi为第i直流伺服电机的速度，i＝2,3,4。
本发明的有益效果是：
1、针对目前技术没有解决的问题与存在的不足，本发明在患者主动训练过程中，实时采集关节运动的角度值、转速值、电流值，分析计算在不同角度下机械臂的不同姿态，与不同姿态下每个自由度的重力分量，计算所需要的补偿力矩。通过各自由度电机角度、速度、电流等变量的变化，捕获训练过程中的运动意图，并采用电机力矩补偿平衡法，对每个自由度电机进行力矩补偿，实现六自由度上肢康复机器人在任意运动轨迹中的重力补偿。所述方法可以使患者在主动训练过程中更舒适，更安全，提高患者康复效果。
2、本发明通过阻力补偿系数ηi进行修正重力补偿力矩，并在训练过程中，可通过调节等级系数k调节重力补偿力矩，克服摩擦力和转动惯量，带来的操作不柔顺问题。
附图说明
图1为本发明六自由度上肢康复机器人关节结构示意图。
图中附图标记为：1-第一直流伺服电机，2-第二直流伺服电机，3-第三直流伺服电机，4-第四直流伺服电机，5-第五直流伺服电机，6-第六直流伺服电机；
图2为本发明六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图。
图3为本发明六自由度上肢康复机器人重力补偿静力学模型图。
图4为本发明六自由度上肢康复机器人重力补偿方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。此外，术语“第一、第二……第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
从图1可以看出，本实施例六自由度上肢康复机器人为可穿戴外骨骼形式，包括机械臂，机械臂采用六个串联的直流伺服电机实实现6个运动自由度，可根据使用需求实现左/右臂自动切换。其中第一直流伺服电机实现肩关节内敛/外展，第二直流伺服电机实现肩关节前屈/后伸，第三直流伺服电机实现肩关节外旋/内旋，第四直流伺服电机实现肘关节弯曲/超伸，第五直流伺服电机实现肘关节外旋/内旋，第六直流伺服电机实现腕关节背屈/掌屈。
各个直流伺服电机还装配有谐波减速机和驱动器，每台六自由度上肢康复机器人有一个控制***，实现对重力补偿和对各个电机的精准控制。
在本实施例中，六自由度上肢康复机器人可以实现被动模式、主被动模式、主动模式和示教模式等训练模式，在主被动模式、主动模式和示教模式的主动训练过程中需要进行重力补偿。
如图2所示，本实施例利用D-H参数法对图1所示的六自由度上肢康复机器人进行正运动学分析，建立六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图，六自由度上肢康复机器人连杆参数如下表所示。
| i | a<sub>i-1</sub> | α<sub>i-1</sub> | d<sub>i</sub> | θ<sub>i</sub> |
| 1 | 0 | 0 | 0 | θ<sub>1</sub>(0) |
| 2 | 0 | 90° | 0 | θ<sub>2</sub>(90) |
| 3 | 0 | 90° | L<sub>1</sub> | θ<sub>3</sub>(90) |
| 4 | 0 | 90° | 0 | θ<sub>4</sub>(0) |
| 5 | 0 | -90° | L<sub>2</sub> | θ<sub>5</sub>(-90) |
| 6 | L<sub>3</sub> | -90° | 0 | θ<sub>6</sub>(-90) |
上表中：i为机械臂第i连杆(由第一直流伺服电机至第六直流伺服电机构成)；ai-1为Zi-1轴至Zi轴之间的距离，αi-1为第Zi-1轴至Zi轴之间的扭角，di为第Xi-1轴至Xi轴之间的距离，θi为各关节转动角度与对应该坐标系中初始角度，L1、L2、L3分别为机械臂大臂长度，小臂长度，手腕长度。
根据D-H参数法，可以计算得出：
机械臂大臂重力在基座标重力方向投影为cosθ2。
机械臂小臂重力在基座标重力方向投影为-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3。
如图3所示，第一直流伺服电机、第五直流伺服电机、第六直流伺服电机在转动过程中所受重力影响较小，因此，本实施例主要利用静力学理论分析方法，分析六自由度上肢康复机器人第二直流伺服电机、第三直流伺服电机、第四直流伺服电机在不同姿态下的重力分量，计算所需要的补偿力矩。
取Lx为机械臂中小臂重心与肘关节距离，Ld为机械臂中大臂重心与肩关节距离，G1、G2分别为机械臂中大臂重力、小臂重力，分析可知：
小臂绕肘关节转动时，力臂在重力方向的投影为：
(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx
大臂绕肩关节转动时，力臂在重力方向的投影为：cosθ2·Ld
小臂绕肩关节转动时，力臂在重力方向的投影为：
(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1
第二直流伺服电机所实现动作为肩关节前屈/后伸，在任意姿态需克服重力为：
[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2+cosθ2·Ld·G1
第三直流伺服电机所实现动作为肩关节内旋/外旋，在任意姿态需克服重力为：
[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2
第四直流伺服电机所实现动作为肘关节弯曲/超伸，在任意姿态需克服重力为：
(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
故进行重力补偿时，第二直流伺服电机、第三直流伺服电机、第四直流伺服电机需要补偿的力矩分别为：
T2＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2-cosθ2·Ld·G1
T3＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2
T4＝(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中，T2、T3、T4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机、第四直流伺服电机所需要重力补偿力矩。
为了克服摩擦力和转动惯量，带来的操作不柔顺，通过阻力补偿系数ηi进行修正，并可在训练过程中，重力补偿等级可通过调节等级系数k可调，实际输出力矩如下：
实际输出力矩为：
Mi＝k·(ηi·Vi+Ti)
其中：Mi为第i直流伺服电机实际输出的重力补偿力矩，Vi为第i直流伺服电机的速度，i＝2,3,4。
在本应用实例中，机械臂参数为G1＝35N，G2＝25N，L1＝320mm，L2＝250mm，Ld＝200mm，Lx＝150mm，选取阻力补偿系数为η2＝0.003，
η4＝0.003，选取k为0.5～1.3可调，表示支撑程度。
结合图1～4所示，所述一种六自由度上肢康复机器人重力补偿方法在本实施例的主要操作流程为：
1)在训练过程中，所述六自由度上肢康复机器人需要实时采集各直流伺服电机位置、速度和电流等参数；
2)通过各电机的实时位置建立D-H坐标系，分析在训练过程中所述六自由度上肢康复机器人机械臂的不同姿态；
3)利用静力学理论进行分析，分析各直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩；
4)通过对电机位置、速度、电流等参数变化趋势进行分析，捕获训练过程中的运动意图，获得机械臂实时姿态；
5)采用电机力矩补偿平衡法，对各电机进行精准控制，输出与重力分量大小相等、方向相反的力矩；实现重力补偿，使患者在主动训练过程中更舒适，更安全。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种六自由度上肢康复机器人，其特征在于：为可穿戴外骨骼形式，包括机械臂与控制***，所述机械臂包括相互串联的第一至第六直流伺服电机；第一直流伺服电机实现肩关节内敛/外展，第二直流伺服电机实现肩关节前屈/后伸，第三直流伺服电机实现肩关节外旋/内旋，第四直流伺服电机实现肘关节弯曲/超伸，第五直流伺服电机实现肘关节外旋/内旋，第六直流伺服电机实现腕关节背屈/掌屈；各个直流伺服电机还装配有谐波减速机和驱动器；
控制***包括储存器及处理器，存储器中存储计算机程序，该计算机程序在处理器中被执行时，实现以下过程：
步骤1、在患者训练时，实时采集各个直流伺服电机角度、转速及电流值；通过D-H参数法进行正运动学分析，建立六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图，计算在训练过程中机械臂的不同姿态；
步骤2、通过静力学理论分析方法，分析各直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩；
步骤3、通过各个直流伺服电机角度、速度、电流变化趋势，捕获训练过程中的运动意图，获得机械臂实时姿态；
步骤4、基于步骤2确定的在机械臂不同姿态下，各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩，在机械臂实时姿态下，采用电机力矩补偿平衡法，对每个直流伺服电机进行精准控制，使直流伺服电机输出大小相等、方向相反的力矩进行补偿，实现重力补偿效果。
2.根据权利要求1所述的六自由度上肢康复机器人，其特征在于：步骤2中通过静力学理论分析方法，分析第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下相应直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
3.根据权利要求2所述的六自由度上肢康复机器人，其特征在于：步骤2中第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量分别为：
T2＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2+cosθ2·Ld·G1
T3＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2
T4＇＝(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中，T2＇、T3＇、T4＇分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，θ2、θ3、θ4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机角度，Lx为机械臂中小臂重心与肘关节距离，Ld为机械臂中大臂重心与肩关节距离，L1为机械臂中大臂长度，G1、G2分别为机械臂中大臂重力和小臂重力。
4.根据权利要求3所述的六自由度上肢康复机器人，其特征在于：步骤2中计算的机械臂不同姿态下第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩分别为：
T2＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2-cosθ2·Ld·G1
T3＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2
T4＝(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中T2、T3、T4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
5.根据权利要求4所述的六自由度上肢康复机器人，其特征在于：步骤4中利用阻力补偿系数ηi对各补偿力矩T2、T3、T4进行修正，并在训练过程中，通过调节等级系数k调整重力补偿力矩，实际输出重力补偿力矩如下：
Mi＝k·(ηi·Vi+Ti)
其中：Mi为第i直流伺服电机实际输出的重力补偿力矩，Vi为第i直流伺服电机的速度，i＝2,3,4。
6.一种六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在患者训练时，实时采集各个直流伺服电机角度、转速及电流值；通过D-H参数法进行正运动学分析，建立六自由度上肢康复机器人连杆坐标系图，计算在训练过程中机械臂的不同姿态；
步骤2、通过静力学理论分析方法，分析各直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩；
步骤3、通过各个直流伺服电机角度、速度、电流变化趋势，捕获训练过程中的运动意图，获得机械臂实时姿态；
步骤4、基于步骤2确定的在机械臂不同姿态下，各个直流伺服电机所需要的重力补偿力矩，在机械臂实时姿态下，采用电机力矩补偿平衡法，对每个直流伺服电机进行精准控制，使直流伺服电机输出大小相等、方向相反的力矩进行补偿，实现重力补偿效果。
7.根据权利要求6所述的六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于：步骤2中通过静力学理论分析方法，分析第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，计算机械臂不同姿态下相应直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
8.根据权利要求7所述的六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于：步骤2中第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量分别为：
T2＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2+cosθ2·Ld·G1
T3＇＝[(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx+cosθ2·L1]·G2
T4＇＝(-sinθ2·sinθ4·cosθ3-cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中，T2＇、T3＇、T4＇分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机，在机械臂不同姿态下的重力分量，θ2、θ3、θ4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机角度，Lx为机械臂中小臂重心与肘关节距离，Ld为机械臂中大臂重心与肩关节距离，L1为机械臂中大臂长度，G1、G2分别为机械臂中大臂重力和小臂重力。
9.根据权利要求8所述的六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于：步骤2中计算的机械臂不同姿态下第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩分别为：
T2＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2-cosθ2·Ld·G1
T3＝[(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx-cosθ2·L1]·G2
T4＝(sinθ2·sinθ4·cosθ3+cosθ2·cosθ3)·Lx·G2
其中T2、T3、T4分别为第二直流伺服电机、第三直流伺服电机及第四直流伺服电机所需要的重力补偿力矩。
10.根据权利要求9所述的六自由度上肢康复机器人的重力补偿方法，其特征在于：步骤4中利用阻力补偿系数ηi对各补偿力矩T2、T3、T4进行修正，并在训练过程中，通过调节等级系数k调整重力补偿力矩，实际输出重力补偿力矩如下：
Mi＝k·(ηi·Vi+Ti)
其中：Mi为第i直流伺服电机实际输出的重力补偿力矩，Vi为第i直流伺服电机的速度，i＝2,3,4。
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