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基于迭代学习控制智能下肢假肢研制:实现了对健肢步速的跟随
发布者:LiWWZXB 发布时间:2011年2月19日 来源:CRTER |
《中国组织工程研究与临床康复》杂志2010年11月52期发表了来自国家康复辅具研究中心质量检验部龚思远等作者的文章“基于迭代学习控制智能下肢假肢研制:实现了对健肢步速的跟随”,研制能够实现步速跟随功能的智能下肢假肢。
△实验中的操作方法:
针阀的控制方法 : 被动型假肢膝关节无法在支撑期为行走提供动力,应以提供最大稳定性作为目标。支撑期针阀应保持完全关闭来保证膝关节安全性。控制的主要目标是使假肢膝关节达到截肢者期望的步行速度,改善健肢假肢步态对称性,减小截肢者步行时的能量消耗,使截肢者步态特征接近健康人,关键在于摆动期的针阀开度控制。在这里采用迭代学习的方法得出针阀开度与速度对应的专家知识库。
迭代学习控制用于诸如工业机器人那样的具有重复运动性质的被控对象,用“在重复中学习”的学习策略,具有记忆和修正机制。它通过对被控对象进行控制尝试,以系统的输出值与期望值的偏差信号修正控制信号,产生新的控制信号,使得系统的跟踪性能得以逐步提高。人在行走过程中,肢体往复运动,具有典型的重复性和周期性特点,适合应用迭代学习方法进行控制。
针对下肢假肢这个独特的系统,其控制目标是使截肢者步态接近正常步态,最重要的指标就是步态对称性。作者选用健肢/假肢的步态周期的偏差作为步态对称性的评价标准。系统输出值为下肢假肢步态周期,期望值为健肢步态周期。以两者的偏差来修正控制输入(即气缸针阀开度),产生新的控制信号。
在训练阶段,记录不同步行速度下,假肢穿戴者固有步行习惯所对应的气缸针阀开度,建立知识库。在使用阶段,根据实时采集到的步行速度,提取知识库中相应针阀开度值,作为永磁直线步进电机位置期望值。
△作者认为:
文章采用电位计采集假肢膝关节运动信息,依照迭代学习算法生成知识库用于针阀控制,并通过步进电机对针阀进行了控制。①受到条件限制,测试对象数量太少。②对于智能下肢假肢的评价没有具有说服力的公认标准。③单纯采用电位计作为传感器,应进行进一步测试,找出点位计与步行速度的关系。
△值得他人借鉴的特点:
采用电位计可以有效采集膝关节角度,并能够区分步态阶段。采用针阀来调节气缸阻尼的方法稳定可靠,能够被广泛应用于智能假肢或者传统假肢的智能化改造,为国内智能下肢假肢研究提供了一种可供借鉴的方法。
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