Adaptive Position Constrained Assist-as-Needed Control for Rehabilitation Robots

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作者
Yu Cao,Xinkai Chen,Mengshi Zhang,Jian Huang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (4): 4059-4068 被引量:22
标识
DOI:10.1109/tie.2023.3273270
摘要

In rehabilitation practice, motivating patients with neurological injuries to actively increase muscle activity and ensure their safety are important. Therefore, this study proposed a position-constrained assist-as-needed (AAN) control method for rehabilitation robots. A human-robot interaction system with position constraints was first established based on prescribed performance. Aiming at implementing the AAN strategy, the robot assistance level metric (RALM), a constructed global continuous differentiable function incorporating dead-zone and saturation characteristics, was introduced to quantify the robotic assistance and facilitate seamless operation. To bridge the gap between the position constraints and the AAN strategy, a sliding manifold was constructed for the constrained human-robot dynamic system, where RALM was regarded as a weight factor to achieve a human-dominated mode, a robot-dominated mode, and their smooth transition, regarded as a human-robot shared mode. The stability of the closed-loop system was guaranteed by using the Lyapunov theory, and the proposed controller was verified by several physical experiments on a knee exoskeleton driven by pneumatic muscles (PMs).
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