集成的下肢机器人整形与嵌入高度定向的电旋传感器,通过模糊的逻辑基于步态阶段检测和运动控制的模糊逻辑
Ming-Chan Lee1, Cheng-Tang Pan2,3,4,5, Jhih-Syuan Huang2
1Department of Electrical Engineering, National Kaohsiung University of Science and Technology, Kaohsiung 807, Taiwan.
Sensors (Basel, Switzerland)
|March 17, 2025
概括
这项研究介绍了一种机器人外骨架,用于移动辅助,使用先进的传感器和模糊逻辑来准确检测行走阶段. 该系统在现实世界的测试中显示出高精度,有助于康复和增强用户的移动性.
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
- 传感器技术 传感器技术
背景情况:
- 移动障碍影响着数以百万计的人,需要先进的辅助技术.
- 目前的机器人外骨需要复杂的步态相位检测才能提供有效的协助.
- 近场电 (NFES) 为高性能传感器制造提供了潜力.
研究的目的:
- 开发和验证一个集成的下肢机器人骨架.
- 实现基于模糊逻辑的实时步行阶段检测系统.
- 通过精确的人类运动解释,增强移动性援助和康复.
主要方法:
- 集成NFES压电传感器和内压力传感器用于捕获地面反应力 (GRF).
- 使用模糊逻辑推断系统来分类步行阶段 (姿势,初始接触,中间姿势,摇摆前).
- 使用TI TMS320F28069微控制器实现主-奴隶控制框架,用于联合执行.
主要成果:
- 外骨架准确地检测出低跟踪误差的步态阶段 (例如,在没有负载的情况下为4.23%,在68公斤用户下为4.34%).
- 该系统表现出适应动态步行条件的适应性,在3秒的步行周期中,最大误差为6.79%.
- 实验验证证证实了系统在无负荷和负载场景中的准确性.
结论:
- 开发的机器人外骨架有效地解释了人类的运动意图.
- 集成的传感器和控制系统为可穿戴康复提供了一个有希望的解决方案.
- 这项技术有可能显著改善残疾人的流动性援助.
