蒋金金　郭书铭　侯智

摘  要：传统PID控制难以实现脚踏式下肢康复器械所需的精准控制，为此，将传统PID控制与模糊控制相结合，提出一种基于模糊PID控制的脚踏式下肢康复器械被动训练控制方法。将下肢康复训练器械与人体下肢等效为平面闭环铰链四杆机构，并在Simulink/SimMechanics平台上建立传统PID的控制模型并进行仿真。此外，设计模糊PID控制器并进行仿真，对比分析传统PID控制和模糊PID控制下的曲柄转速响应时间，结果表明模糊PID控制的响应速度更快、更稳定。

关键词：脚踏式下肢康复器械；被动训练；模糊PID控制；控制系统仿真

中图分类号：TP273+.4 ；TH77 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）12-0162-04

Research on Passive Training Control Method of Foot-operated Lower Limb Rehabilitation Device Based on Fuzzy PID Control

JIANG Jinjin， GUO Shuming， HOU Zhi

（College of Mechanical Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing  400054， China）

Abstract： Traditional PID control is difficult to achieve the precise control required by foot-operated lower limb rehabilitation devices， so this paper combines traditional PID control with fuzzy control and proposes a passive training control method for foot-operated lower limb rehabilitation devices based on fuzzy PID control. The lower limb rehabilitation training devices and the human lower limb are equivalent to a plane closed-loop hinge four-bar mechanism， and the control model of the traditional PID is established and simulated on the Simulink/SimMechanics platform. In addition， a fuzzy PID controller is designed and simulated to compare and analyze the crank speed response time under traditional PID control and fuzzy PID control. The results show that the response speed of fuzzy PID control is faster and more stable.

Keywords： foot-operated lower limb rehabilitation device; passive training; fuzzy PID control; control system simulation

0  引  言

随着我国人口老龄化速度的不断加快，下肢灵活性下降的人数也越来越多，有的患者甚至会出现下肢瘫痪的严重后果，大大影响了患者的生活质量[1]。首先，傳统的下肢康复训练主要由康复医师进行接触式的辅助康复训练，康复医师工作量大，患者单次训练时间短，康复周期较长。其次，人工辅助康复训练费用较高，康复医疗设备数量有限，很多患者因此错过最佳的治疗时机[2]。再次，康复训练评价主要依靠医师的经验[3]，不能做到实时监测康复训练的效果。随着便携式康复器械的广泛使用，下肢康复器械技术也迅速发展起来，其中，脚踏式下肢康复器械由于其结构简单，易于操作，非常适合下肢瘫痪患者的使用，广泛应用于下肢瘫痪患者的日常自主康复训练[4]。

在下肢康复器械控制方法研究方面，文献[5]通过建立下肢康复机器人的动力学模型求解其控制系统的传递函数，并通过PID控制进行控制系统仿真[5]。……