Un Controlador de Asistencia Adaptativa para Optimizar la Contribución del Exoesqueleto en la Rehabilitación
Autores: Nasiri, Rezvan; Shushtari, Mohammad; Arami, Arash
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un Controlador de Asistencia Adaptativa para Optimizar la Contribución del Exoesqueleto en la Rehabilitación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Método propuesto
Asistencia de exoesqueleto
Controlador adaptativo
Sistema humano-exoesqueleto
Optimización de torque
Resultados de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, presentamos una nueva regla de adaptación para optimizar la asistencia del exoesqueleto en tareas de rehabilitación. El método propuesto adapta la contribución del exoesqueleto a la gravedad de la discapacidad del usuario sin ningún conocimiento previo sobre la capacidad motora del usuario. El controlador propuesto es una combinación de un controlador adaptativo de avance y un controlador PD adaptativo de baja ganancia. El controlador PD garantiza la estabilidad del sistema humano-exoesqueleto durante la adaptación del par de avance al utilizar solo las posiciones de las articulaciones humano-exoesqueleto como retroalimentación sensorial para la optimización del par asistencial. Además de proporcionar una prueba de convergencia, para estudiar el rendimiento de nuestro método lo aplicamos a un modelo simplificado de 2 grados de libertad del brazo humano y a un modelo genérico de 9 grados de libertad de la extremidad inferior para realizar la marcha. En cada tarea simulada, implementamos el par humano afectado para que fuera insuficiente para completar la tarea. Además, se consideran los escenarios que violan nuestras suposiciones de prueba de convergencia. Los resultados de la simulación muestran un comportamiento convergente para el controlador propuesto; se observa un tiempo máximo de convergencia de 20 s. Además, se observa un rendimiento de control estable que complementa óptimamente la contribución motora restante del usuario; el error de seguimiento del ángulo de la articulación en condiciones de estabilidad y su mejora en comparación con el inicio de la adaptación son los siguientes: hombro (); codo (); cadera (); rodilla (); y tobillo (). Los resultados de la simulación presentados verifican la robustez del método adaptativo propuesto en casos que difieren de nuestras suposiciones matemáticas e indican su potencial para ser utilizado en la práctica.
Descripción
En este artículo, presentamos una nueva regla de adaptación para optimizar la asistencia del exoesqueleto en tareas de rehabilitación. El método propuesto adapta la contribución del exoesqueleto a la gravedad de la discapacidad del usuario sin ningún conocimiento previo sobre la capacidad motora del usuario. El controlador propuesto es una combinación de un controlador adaptativo de avance y un controlador PD adaptativo de baja ganancia. El controlador PD garantiza la estabilidad del sistema humano-exoesqueleto durante la adaptación del par de avance al utilizar solo las posiciones de las articulaciones humano-exoesqueleto como retroalimentación sensorial para la optimización del par asistencial. Además de proporcionar una prueba de convergencia, para estudiar el rendimiento de nuestro método lo aplicamos a un modelo simplificado de 2 grados de libertad del brazo humano y a un modelo genérico de 9 grados de libertad de la extremidad inferior para realizar la marcha. En cada tarea simulada, implementamos el par humano afectado para que fuera insuficiente para completar la tarea. Además, se consideran los escenarios que violan nuestras suposiciones de prueba de convergencia. Los resultados de la simulación muestran un comportamiento convergente para el controlador propuesto; se observa un tiempo máximo de convergencia de 20 s. Además, se observa un rendimiento de control estable que complementa óptimamente la contribución motora restante del usuario; el error de seguimiento del ángulo de la articulación en condiciones de estabilidad y su mejora en comparación con el inicio de la adaptación son los siguientes: hombro (); codo (); cadera (); rodilla (); y tobillo (). Los resultados de la simulación presentados verifican la robustez del método adaptativo propuesto en casos que difieren de nuestras suposiciones matemáticas e indican su potencial para ser utilizado en la práctica.