Resumen

El diseño de un esquema de control preciso para un sistema de exoesqueleto de extremidades inferiores presenta algunos retos debido a la dinámica incierta y a los reflejos involuntarios del sujeto durante la rehabilitación de la marcha. En este trabajo, se propone un esquema de control neural-fuzzy (NF) basado en un regulador lineal cuadrático (LQR) robusto para abordar el efecto de las incertidumbres de la carga útil y las perturbaciones externas durante el entrenamiento de la marcha con asistencia pasiva. Inicialmente, se establecen las relaciones dinámicas no lineales basadas en el principio de Euler-Lagrange para el sistema acoplado. El enfoque de linealización de retroalimentación de entrada-salida se utiliza para transformar las relaciones no lineales en una forma de espacio de estado linealizado. Se explica brevemente la arquitectura del sistema de inferencia neurofuzzy adaptativo (ANFIS) y la función de pertenencia utilizada. Mientras se varían los parámetros de masa hasta un 20%, se formulan tres conjuntos de datos neuronales difusos robustos fuera de línea con el vector de error conjunto y la entrada de control LQR. A continuación, para hacer frente a las interferencias externas, se presenta una dinámica de error con un estimador de perturbaciones mediante una adaptación en línea de la matriz de fuerza de disparo. La teoría de Lyapunov se lleva a cabo para garantizar la estabilidad asintótica del sistema acoplado humano-esqueleto en vista del controlador propuesto. Se presentan los resultados del seguimiento de la marcha para el esquema de control propuesto (RLQR-NF) y se comparan con el controlador de modo deslizante basado en la ley de alcance exponencial (ERL-SM). Además, para investigar la robustez del control propuesto sobre el control LQR, se presenta un análisis comparativo de rendimiento para dos casos de incertidumbres paramétricas y perturbaciones externas. El primer caso considera el aumento del 20% en los valores de la masa con una forma trigonométrica de las perturbaciones, y el segundo caso incluye el efecto del aumento del 30% en los valores de la masa con una forma aleatoria de las perturbaciones. Las ejecuciones de simulación han mostrado los prometedores aspectos de seguimiento de la marcha del controlador diseñado para el entrenamiento de la marcha con asistencia pasiva.

• Materias:Ingeniería biomédica Biomecánica Prótesis Extremidades (Cuerpo Humano) Músculos Hidromecánica
• Subjects:Biomedical engineering Biomechanics Prostheses Limbs (Human Body) Muscles Hydromechanics
• Palabras claves:forma de perturbación, entrenamiento de la marcha asistida, valor de la masa, perturbación externa, análisis de rendimiento comparativo, relaciones dinámicas no lineales, sistema de exoesqueleto de extremidades, esquema de control propuesto, enfoque de linealización de retroalimentación, matriz de fuerza de disparo
• Keywords:form of disturbance, assist gait training, mass value, external disturbance, comparative performance analysis, nonlinear dynamic relations, limb exoskeleton system, proposed control scheme, feedback linearization approach, firing strength matrix