基于新型仿生肌肉模型模拟行走时踝关节力矩及其在动力外骨骼控制中的应用
机器人学
2020-01-07 v1
摘要
类人运动是多许多机器人辅助设备的主要目标。模拟人体神经肌肉系统的策略可能有助于此类动力设备的控制，但仍存在诸多挑战。在本研究中，我们探讨了使用肌肉的缠绕丝模型（WFM）来预测踝关节净肌肉力矩的潜力。长期目标是利用该模型改进商用动力外骨骼的踝关节控制。本研究的创新点在于：首先，市场上尚无商业化的主动踝关节外骨骼。所有可用的外骨骼均具有被动踝关节关节，无法模拟人体运动，尤其是在正常和快速行走时[1]。其次，缠绕丝模型控制器（WFMC）是首个基于肌肉模型且不以肌电图（EMG）信号作为输入的控制策略。由EMG计算的激活信号几乎是所有基于肌肉建模的控制策略的关键输入参数。然而，缠绕丝肌肉模型可通过以肌肉长度作为主要输入来预测肌肉力，且激活输入信号可以是方波[33]或如本研究中简单的钟形函数。这是WFMC策略最重要的优势之一，因为它使该仿生策略适用于所有患者群体，甚至包括肌肉活动受损或无肌肉活动者（例如中风、脊髓损伤、帕金森病等）。第三，WFMC可适应不同任务，如不同速度的行走，以及坡道和楼梯行走。
引用
@article{arxiv.2001.01011,
title = {Simulating Ankle Torque during Walking Using a new Bioinspired Muscle Model with Application for Controlling a Powered Exoskeleton},
author = {Safoura Sadegh Pour Aji Bishe and Dan Rivera and Katherine Strausser and Zachary Lerner and Kiisa Nishikawa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.01011},
year = {2020}
}
备注
2 Pages, 1 figure, American Society of Biomechanics Conference 2018