膝-踝-趾动力型假肢解耦控制研究

作     者：耿艳利 王希瑞 武正恩 郭欣 王倩 GENG Yanli;WANG Xirui;WU Zheng′en;GUO Xin;WANG Qian

作者机构：河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300130 智能康复装置与检测技术教育部工程研究中心天津300130 中国核电工程有限公司河北石家庄050000 

出 版 物：《哈尔滨工程大学学报》 (Journal of Harbin Engineering University)

年 卷 期：2024年第45卷第2期

页      面：324-331页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0710[理学-生物学] 1002[医学-临床医学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0836[工学-生物工程] 100215[医学-康复医学与理疗学] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 10[医学] 

基　　金：国家重点研发计划(2020YFC2008705) 国家自然科学基金青年基金项目(61803143) 秦皇岛科学技术研究与发展计划(202001B004) 

主　　题：膝-踝-趾动力型假肢 动力学模型 控制法则分解法解耦器 自适应迭代学习 解耦控制策略 被动型假肢 拉格朗日方程 轨迹跟踪 

摘      要：针对膝-踝-趾动力型假肢系统的强耦合性,导致系统控制效果不理想等问题,本文设计控制法则分解法解耦器对系统进行解耦,降低耦合度,提高控制效果。利用拉格朗日方程建立了膝-踝-趾动力型假肢系统支撑末期的动力学模型,此模型的耦合度为1.22,耦合性较强,需要进行解耦;基于控制法则分解法设计模型解耦器,以此简化假肢系统,将耦合度强的系统简化为膝、踝、趾独立控制的模型;基于自适应迭代学习设计控制器,对解耦前后三自由度假肢系统的各关节进行控制。结果表明:此解耦器可以将假肢模型简化为3个单输入、单输出的系统,同时降低关节间的耦合度,加快系统的收敛速度,与解耦前的控制效果相比,解耦后系统收敛误差明显减小。本文为多关节假肢系统提供了模型简化方法,为实物样机控制提供理论验证。