Isokinetic Rehabilitation Trajectory Planning of an Upper Extremity Exoskeleton Rehabilitation Robot Based on a Multistrategy Improved Whale Optimization Algorithm

外骨骼 弹道 计算机科学 人口 康复 机器人 运动学 人工智能 模拟 物理疗法 医学 天文 经典力学 环境卫生 物理
作者
Fumin Guo,Hua Zhang,Yilu Xu,Genliang Xiong,Cheng Zeng
出处
期刊:Symmetry [MDPI AG]
卷期号:15 (1): 232-232 被引量:3
标识
DOI:10.3390/sym15010232
摘要

Upper extremity exoskeleton rehabilitation robots have become a significant piece of rehabilitation equipment, and planning their motion trajectories is essential in patient rehabilitation. In this paper, a multistrategy improved whale optimization algorithm (MWOA) is proposed for trajectory planning of upper extremity exoskeleton rehabilitation robots with emphasis on isokinetic rehabilitation. First, a piecewise polynomial was used to construct a rough trajectory. To make the trajectory conform to human-like movement, a whale optimization algorithm (WOA) was employed to generate a bounded jerk trajectory with the minimum running time as the objective. The search performance of the WOA under complex constraints, including the search capability of trajectory planning symmetry, was improved by the following strategies: a dual-population search, including a new communication mechanism to prevent falling into the local optimum; a mutation centroid opposition-based learning, to improve the diversity of the population; and an adaptive inertia weight, to balance exploration and exploitation. Simulation analysis showed that the MWOA generated a trajectory with a shorter run-time and better symmetry and robustness than the WOA. Finally, a pilot rehabilitation session on a healthy volunteer using an upper extremity exoskeleton rehabilitation robot was completed safely and smoothly along the trajectory planned by the MWOA. The proposed algorithm thus provides a feasible scheme for isokinetic rehabilitation trajectory planning of upper extremity exoskeleton rehabilitation robots.

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