基于精确反馈线性化的动力型下肢假肢支撑期解耦控制

目的 针对膝-踝-趾动力型假肢系统支撑期强耦合性会导致假肢系统控制精度下降的问题,提出精确反馈线性化方法对动力型假肢系统解耦。 方法 采集人体下肢步态信息,将支撑期划分为支撑前中期和支撑末期,建立两个模态的动力学模型;使用精确反馈线性化解耦方法对支撑期假肢系统解耦,结合滑模控制设计动力型下肢假肢控制器;搭建联合仿真平台验证方法的有效性。 结果 解耦后系统相较于解耦前控制精度提高,解耦后支撑前中期膝、踝计算平均绝对误差( mean absolute error,MAE) 分别减少至 0. 001 1°、0. 002 6°,均方根误差( root meansquare error,RMSE) 分别减少至 0. 014 7°、0. 023 6°;支撑末期膝、踝、趾 MAE 分别减少至 0. 011 1°、0. 005 1°、0. 006 5°,RMSE 分别减少至 0. 021 9°、0. 021 0°、0. 012 9°,总体控制误差减少,响应速度加快,并且假肢能够在仿真环境中稳定运行。 结论 本文提出的解耦方法可有效简化下肢假肢系统的控制,并为假肢系统的进一步研究奠定基础。     

电动下肢假肢多路况控制策略研究

目的：电动下肢假肢具有较强的非线性和耦合性,针对假肢在不同地形间行走时存在的外部扰动问题,本文提出了积分滑模控制策略。方法：采集人体下肢在平地、上/下斜坡及上/下楼梯五种路况下的运动信息,根据足底压力信息将不同路况的一个完整步态周期划分为支撑期及摆动期两个模态,并分别进行人体下肢运动学分析;利用拉格朗日方程建立假肢支撑期与摆动期的动力学模型;在五种运动模式下,设计积分滑模控制器对假肢进行控制,并进行联合仿真验证。结果：膝踝假肢轨迹跟踪收敛速度加快,误差降低。结论：积分滑模控制器对于外部扰动具有明显的补偿作用,提高了假肢在多路况行走时的控制效果。