机械设计,控制和实验室测试两度自由度肘部假肢的机械设计,控制和实验室测试
Ramsés Hernández-Cerero1, Juan Alejandro Flores-Campos2, José Juan Mojica-Martínez1
1Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Unidad Zacatenco, Ciudad de México 07738, Mexico.
Bioengineering (Basel, Switzerland)
|July 29, 2025
概括
这项研究开发了一种2-DOF肘部假肢,模仿人类自然肘部运动. 带有时间基生成器 (SMC + TBG) 的高级滑动模式控制实现了仿生运动,性能优于比例积分导数 (PID) 控制.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 假肢设计 假肢设计
背景情况:
- 人类肘部假肢的目的是恢复自然运动.
- 现有的控制方法可能无法完全复制本地肘部动力学.
- 需要先进的控制策略来改善假肢功能.
研究的目的:
- 设计和测试一个2DOF肘部假肢原型.
- 为了比较比例积分导数 (PID) 控制和滑动模式控制与时间基数生成器 (SMC + TBG) 策略的性能.
- 在不同的控制方法下评估假肢的仿生能力.
主要方法:
- 一个2-DOF肘部假肢是机械设计的,使用3D打印的部件和定制的关节与虫和轮传动.
- 使用电压和电流传感器实现了实时监控和控制.
- 实验室测试比较了基于角位移和速度指标的PID和SMC + TBG控制策略.
主要成果:
- 假肢实现了100-120°的运动范围,用于曲-延伸,50°用于俯卧,75°用于俯卧.
- SMC + TBG 控制表现出生物模拟角度移位和速度模式.
- PID控制并没有复制人类肘部的自然运动模式.
结论:
- 开发的2-DOF肘部假肢有效地复制了人类肘部运动模式.
- 在肘部假肢中实现仿生运动方面,SMC + TBG控制策略优于PID.
- 这种先进的假肢控制显示出对 transhumeral 截肢的个体有希望.
