基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制
DOI:
作者:
作者单位:

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TP242 TH-39

基金项目:

国家自然科学基金(52175014)、江苏省自然科学基金(BK20211183)、中央高校基本科研业务费专项资金(NT2020012)、中国电子学会腾讯Robotics X犀牛鸟专项研究计划(202001008)项目资助


Adaptive active interaction exercise control of upper limb rehabilitation robot based on the barrier Lyapunov function
Author:
Affiliation:

Fund Project:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
  • |
  • 文章评论
    摘要:

    针对上肢运动功能障碍患者进行辅助康复训练,搭建了一套上肢康复外骨骼机器人系统,并提出一种基于屏障 Lyapunov 函数的增广神经网络自适应导纳控制策略。 首先,介绍了上肢康复外骨骼的机械机构及其控制系统。 然后,推演了控 制器的设计过程并进行了 Lyapunov 稳定性证明。 最后,分别进行了不同控制内环的轨迹跟踪被动训练实验和不同导纳参数下 基于人机交互力的主动交互训练实验,同时分析比对了主动训练时的人机交互力与轨迹偏差的变化关系。 被动训练实验结果 证明了增广神经网络对人机模型动力学的逼近效果,其轨迹跟踪峰值误差为模糊 PID 控制器的 53% 。 主动交互训练实验证明 了通过调整导纳参数可实现在相同训练任务下不同强度的康复训练以匹配不同康复阶段下的患者。

    Abstract:

    To assist patients with upper limb motor dysfunction for rehabilitation training, an upper limb rehabilitation exoskeleton robot system is established and an augmented neural network adaptive admittance control strategy based on the barrier Lyapunov function is proposed. Firstly, the mechanical mechanism and control system of upper limb rehabilitation exoskeleton are introduced. Then, the design process of the controller is illustrated and Lyapunov stability is demonstrated. Finally, the passive training experiment of trajectory tracking with different inner control loops and the active interaction training experiment based on human-robot interaction force under different admittance parameters are carried out. Experimental results of passive training show that the effectiveness of the augmented neural network is close to human-robot dynamics, and the maximum trajectory tracking error is only 53% of that of fuzzy PID controller. The active interaction training experiment proves that different intensities of rehabilitation training can be achieved under the same training task by adjusting the admittance parameters to match patients with different levels of recovery.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

吴青聪,张祖国.基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制[J].仪器仪表学报,2022,43(2):216-224

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
  • 引用次数:
历史
  • 收稿日期:
  • 最后修改日期:
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2023-02-06
  • 出版日期: