吴强 张琴 熊蔡华

功能性电刺激下的关节自适应运动控制研究

吴强1张琴1熊蔡华1

针对功能性电刺激(Functional electrical stimulation,FES)下外部干扰和肌肉疲劳对关节运动的影响,提出了一种神经网络自适应滑模控制方法以获得更加精确的关节运动.本文建立了电刺激下的关节运动模型,在此模型的基础上设计了滑模控制律,利用径向基神经网络在线逼近系统不确定特性,并通过Lyapunov方法设计了径向基神经网络的自适应律,以电刺激所产生的膝关节运动控制为例,通过仿真和实验研究验证了该神经网络滑模控制方法相对于传统的滑模控制来说,不仅可以准确地控制电刺激而获得期望的关节运动,而且当关节运动受到外部干扰和肌肉疲劳的影响时,还可自适应地对此进行补偿,有效地调节电刺激强度以获得准确的关节运动.

神经网络滑模控制,肌肉疲劳,运动控制,功能性电刺激

DOI10.16383/j.aas.2016.c160217

功能性电刺激(Functional electrical stimulation,FES)是利用微小的电脉冲序列诱发肌肉收缩,重建肢体运动功能的神经康复技术之一[1−2],主要用于因中风和脊髓损伤等神经损伤性疾病导致肢体运动功能丧失的患者的运动功能重建.相比其他康复技术,FES还有助于促进血液循环,防止肌肉废用性萎缩,促进肌肉再学习,具有不可估量的研究价值[3−4].然而,目前商业化的FES康复系统仍然存在着诸多问题与挑战,例如人体肌肉骨骼系统是一个高度非线性的时变系统,加之肌肉疲劳、痉挛和个体差异性等内外……