气动人工肌肉控制创新:自适应模糊滑模控制器突破
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  • 雷富斯
  • 2023-08-24 10:42:00 3093

气动人工肌肉(PAM),一种模拟人体活动的有前景执行器,在机器人、康复与假肢领域展现广泛应用潜力。然而,由于其非线性特质,操控PAM系统的运动轨迹一直面临挑战。

近期,一群专家提出了一种创新的自适应模糊滑模控制器策略,通过模糊逻辑估算PAM系统的控制参数,显著提升了运动精度与适应性。PAM通常由橡胶构成,表面覆以编织纱线,能模仿人体肌肉行为——充气时硬化并收缩,放气则变软并伸展。尽管PAM具备独特优势,但由于其非线性与延时特性,有效调控变得复杂。

传统控制手段在应对PAM非线性及滞后问题上有限制,亟需革新解决方案。由日本芝浦理工学院工程学院副教授Ngoc-Tam BUI与河内大学Quy-Thinh Dao博士领队的研究团队,提出了自适应模糊滑模控制器(AFSMC)方法,利用Takagi-Sugeno模糊算法估计干扰并自动调整输出值,以优化运动追踪与适应性。

研究初期,团队设计了一款结合控制信号的滑模控制器,引入特殊变量以估计干扰并强化控制效能。继而,通过自适应法则构建自适应模糊算法,自动更新分量规则参数向量,以计算干扰变量。经过Lyapunov稳定性分析,证实了AFSMC算法的稳定性。实验显示,与传统滑模控制相比,AFSMC在运动跟踪精度上表现更优,负载频率为0.5赫兹时,AFSMC的均方根误差为2.68°,远低于传统滑模控制器的4.21°。AFSMC还展现出出色的适应性,能有效抵御突发外扰。

研究者认为,此创新方法有望在康复设备、辅助工具与个性化治疗领域实现应用,为康复需求的患者提供精准治疗方案。AFSMC亦将助力高级假肢设计与开发,增强其实用性与康复效果。

尽管此研究为PAM运动轨迹控制打下基础,但研究团队期待AFSMC能激励康复技术领域进一步探索与进展。Ngoc-Tam BUI副教授预测,基于PAM的商业康复系统在未来5至10年内可能问世,为脊髓损伤、中风等患者的康复带来重大利好。AFSMC的长远影响预计将促进康复技术持续创新与发展。

    本文来源:图灵汇
责任编辑: : 雷富斯
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