设计和验证一个儿科步行辅助外骨系统与快速非单元终端滑动模式控制器的设计和验证
Jyotindra Narayan1, Mohamed Abbas2, Santosha K Dwivedy1
1Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Guwahati, 781039, Assam, India.
Medical engineering & physics
|February 16, 2024
概括
这项研究引入了一种负担得起的儿科外骨架 (LLESv2),配备了先进的控制系统 (IFNSTSM),以改善步行辅助. 新系统提供了增强的稳定性和减少的控制力,有利于儿科康复.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 生物医学工程 生物医学工程
- 控制系统 控制系统
背景情况:
- 现有的儿科外骨在设计,重量,成本,安全性和适应性方面面临挑战.
- 由于快速的人类测量变化和不可预测的运动,建模儿科步态是复杂的.
- 目前的控制方案在儿童康复中与外部干扰作斗争.
研究的目的:
- 开发一个负担得起的,可靠的下肢外骨架 (LLESv2),用于儿科步行辅助 (8-12岁).
- 为了增强刚性,减少质量,简化电机,并改善与以前的模型相比的移动性.
- 提出和验证一个改进的快速非单一终端滑动模式 (IFNSTSM) 控制方案.
主要方法:
- 将LLESv1设计修改为LLESv2,使用CAD和实时硬件架构.
- 开发了一种改进的快速非单元终端滑动模式 (IFNSTSM) 控制,具有双指数触及法.
- 实验验证将IFNSTSM与FNSTSM和TSSM控制方案进行比较.
主要成果:
- IFNSTSM控制实现了优越的联合轨迹跟踪,时间有限的误差最小 (5.39%比FNSTSM好,42.1%比TSSM好).
- 与FNSTSM控制相比,具有IFNSTSM控制的外骨所需的控制工作要少得多.
- 布兰德-阿尔特曼分析显示了最小的平均差异,但突出了IFNSTSM的绩效差异.
结论:
- 开发的LLESv2外骨架和IFNSTSM控制为儿科步行辅助提供了经济实惠和有效的解决方案.
- 拟议的控制方案提高了稳定性,减少了控制工作,改善了康复结果.
- 这项研究通过创新的外骨技术,推进了对儿童的移动支持.
