一種基于模型的下肢助力外骨骼混合控制策略摘要：外骨骼助力具有為運(yùn)動障礙個體提供助力的作用，可以改善生活質(zhì)量和運(yùn)動功能，但是如何使外骨骼助力更加自然、準(zhǔn)確、高效是當(dāng)前研究的熱點和難點。本文研究了一種基于模型的下肢助力外骨骼混合控制策略，該策略通過結(jié)合模型預(yù)測和EMG反饋調(diào)節(jié)外骨骼的助力控制，以實現(xiàn)高質(zhì)量的下肢助力。實驗結(jié)果表明，該策略在提高下肢肌肉活動的同時，也可以改善運(yùn)動的平順性、穩(wěn)定性和自然性，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：外骨骼助力；混合控制策略；模型預(yù)測；EMG反饋1.引言隨著科技進(jìn)步和人口老齡化趨勢加強(qiáng)，外骨骼助力作為一種新型康復(fù)輔助工具，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。外骨骼助力可以為運(yùn)動障礙的個體提供助力，以改善生活質(zhì)量和運(yùn)動功能。而下肢外骨骼助力的應(yīng)用范圍尤其廣泛，可以應(yīng)用于康復(fù)、醫(yī)療、工業(yè)等多個領(lǐng)域。但是，外骨骼助力技術(shù)還面臨著許多挑戰(zhàn)。例如，如何使外骨骼助力更加準(zhǔn)確、高效和自然，是當(dāng)前研究的熱點和難點。因此，本文研究了一種基于模型的下肢助力外骨骼混合控制策略，以實現(xiàn)高質(zhì)量的下肢助力。2.研究內(nèi)容2.1外骨骼助力控制外骨骼助力控制分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方式。開環(huán)控制采用預(yù)設(shè)的運(yùn)動路徑和助力的力矩，沒有對個體運(yùn)動狀態(tài)的反饋調(diào)節(jié)，控制精度較低，難以滿足個體的特定需求。而閉環(huán)控制則是在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上添加姿態(tài)傳感器、壓力傳感器等傳感器，對個體的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，控制精度和穩(wěn)定性在一定程度上得到提高。但是，由于每個人的肌肉和生理特點都不同，為了提高控制的適應(yīng)性和實時性，本文采用了基于模型的混合控制策略。2.2混合控制策略混合控制策略是一種將模型預(yù)測和EMG反饋相結(jié)合的控制方法，以提高運(yùn)動控制的精度和適應(yīng)性。具體來說，模型預(yù)測是通過建立外骨骼運(yùn)動模型，在給定助力輸入的情況下，根據(jù)模型預(yù)測出下肢的狀態(tài)和重心位置。而EMG反饋則是通過肌電信號采集，對運(yùn)動信號進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)。將這兩種方法相結(jié)合，在模型預(yù)測的基礎(chǔ)上，實時對助力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使助力更加自然、準(zhǔn)確、高效。3.實驗設(shè)計為了驗證混合控制策略的有效性，本文設(shè)計了一組實驗。實驗過程如下：3.1參與者本次實驗招募了10名健康男性，年齡在20~30歲之間。3.2實驗環(huán)境實驗環(huán)境是一間大型實驗室，設(shè)備包括下肢外骨骼、計算機(jī)、肌電信號采集系統(tǒng)等。3.3測量指標(biāo)實驗測量指標(biāo)包括肌肉活動強(qiáng)度、下肢運(yùn)動軌跡、外骨骼助力輸入等。4.實驗結(jié)果實驗結(jié)果表明，混合控制策略可以顯著提高下肢肌肉活動強(qiáng)度，并且改善了運(yùn)動的平順性、穩(wěn)定性和自然性。具體來說，模型預(yù)測可以幫助減小助力輸入的誤差，從而使下肢肌肉的活動更加自然；而EMG反饋可以及時調(diào)節(jié)外骨骼的助力輸入，保持運(yùn)動的穩(wěn)定性和平滑性。因此，混合控制策略具有很好的應(yīng)用前景。5.結(jié)論本文研究了一種基于模型的下肢助力外骨骼混合控制策略。實驗結(jié)果表明，該策略可以提高下肢肌肉活動強(qiáng)度