无传感器基于模型的电缆驱动外骨骼张力控制

电缆驱动式外骨骼有望支持拥有运动障碍者在护理 continuum 中。使用电缆时，力传感器常用于测量张力。然而，力传感器增加成本、复杂性和遥端组件。本文提出一种去除外骨骼力传感器的设计和控制方法。针对上肢电缆驱动式外骨骼开发了机械设计，以最大化被动透明性。随后，在仿真台上对摩擦进行数据驱动的识别，以设计基于模型的张力控制器。17 名健康受试者抬起和放下右臂，以评估张力跟踪、运动质量和肌肉 effort。收集关于不适、体力消耗和疲劳的问卷。该策略在 50% 重力支持下实现了所需辅助扭矩的跟踪，RMSE 为 0.71 Nm（18%）。在抬起阶段， anterior deltoid、trapezius 和 pectoralis major 的 EMG 信号平均相对于无外骨骼条件分别降低了 30%、38% 和 38%。下放阶段 posterior deltoid 活动增加了 32%。位置跟踪未显著改变，但运动光滑性显著下降。本工作表明，从电缆驱动式外骨骼中去除力传感器是可行且有效的。下 neck 和右肩的不适显著增加，表明外骨骼的 ergonomics 可能需要改进。总体而言，本工作为通用且更具成本效益的外骨骼铺平了道路。