基于导纳模型的体重支持系统恒力控制研究

为改善患者康复训练效果,确保下肢康复机器人提供持续且稳定的支持力,本研究通过分析下肢康复机器人的机械结构和恒力控制方式,设计出一种基于导纳模型的双闭环变参数导纳控制的控制算法。针对患者身体素质及康复阶段不同,利用拉力传感器对体重支持(BWS)系统所提供的康复支持力进行实时监测并实时反馈调节。通过与固定导纳参数控制、传统比例-积分-微分(PID)控制等算法对比得知,所设计的双闭环变参数导纳控制算法在各康复阶段都起到了良好作用,康复支持力波动控制在10 N左右。相较于无算法控制的情况,康复支持力平均误差减小约90%。同时,所设计的双闭环变参数导纳控制算法提高了康复训练的安全性,有效减少下肢康复机器人在患者跌倒等突发情况下对患者的伤害,进一步优化了患者康复训练的需求。因此,该控制算法适用于不同康复阶段,实现下肢康复机器人在患者康复阶段的全过程辅助参与,进一步扩大下肢康复机器人的适用范围。