Modele exosquelette

Dans ces approches, les articulations de la cheville sont nécessaires pour être actionné. Cependant, pour la portabilité dans la plupart des exosquelettes pour les patients de SCI, les articulations de cheville ne sont pas actiées. Dans cet article, nous avons proposé une approche novatrice pour obtenir une démarche d`équilibre dynamique. Nous modélisons l`exosquelette-système humain avec la lèvre et la trajectoire expresse de démarche avec le DMP. Trois estimateur d`intention de sous-systèmes, planificateur de démarche discret, et régulateur de marche continu, sont conçus. L`estimateur d`intention est conçu sur la base du diagramme d`énergie orbital pour obtenir l`intention de faire un pas en avant ou en arrière. Avec l`intention du patient, planificateur de démarche discrète obtenir les paramètres de la démarche pour garder l`équilibre. Pour améliorer la capacité de contrer les perturbations, le régulateur de la démarche continue est conçu pour changer la démarche dans le temps. Des expériences sur la simulation et le système réel avec un environnement différent démontrent l`efficacité de cette approche.

À l`avenir, nous allons d`abord étendre cette approche à différents environnements. Par exemple, la force externe permettrait au système de perdre l`équilibre pendant le processus de marche, ce qui est inacceptable. LIP doit être modifié avec la hauteur changeante du modèle pour la situation de marche à l`étage. Ensuite, les articulations de la cheville des exosquelettes pour les patients SCI sont toujours passivement actionné. Ainsi, le modèle de lèvre avec le pied de point est employé pour modéliser l`exosquelette-système humain. Cependant, le système d`amortissement du ressort est utilisé dans les exosquelettes qui doivent être pris en compte. L`approche par étape est largement utilisée dans le contrôle de l`équilibre pour les robots humanoïdes [18, 19] et les exosquelettes [11, 12, 20]. MINDWALKER [11, 12] est un exosquelette de membre inférieur alimenté conçu pour les paraplégiques pour regagner la capacité de locomotion.

Il a cinq DOFs à chaque jambe, avec flexion de la hanche/extension et adduction/enlèvement et flexion du genou/extension alimenté par les mers, tandis que la rotation de la hanche et de la cheville pronation/supination passivement soutenue avec une certaine rigidité. La machine à états finis (FSM) est définie avec différents États et les transitions d`État peuvent également être déclenchées lorsque l`utilisateur manipule la position CoM du système utilisateur-exoskeleton. Un déclencheur pour initier une étape sera généré lorsque la projection des positions CoM sagittales et latérales sur le sol tombe dans le quadrant désiré. Dans cet article, nous avons proposé une approche dynamique de la démarche d`équilibre pour obtenir un modèle d`équilibre de la démarche pour l`exosquelette des membres inférieurs. Nous modélisons le système humain-exosquelette avec le pendule inversé linéaire (LIP) et concevons l`estimateur d`intention basé sur le concept de diagramme d`énergie orbitale. Le planificateur de démarche discret (planification d`une démarche au début de chaque étape) et le régulateur de la démarche en ligne (ajuster en ligne la démarche lors de la prise de mesure) sont proposés pour atteindre la démarche de l`équilibre. La trajectoire du pied oscillant est modélisée avec des DMPs, qui peuvent être ajustées dynamiquement et en douceur. Dans le planificateur de démarche discrète, nous utilisons une méthode d`optimisation avec le ciblage de l`énergie orbitale pour obtenir les paramètres d`une trajectoire de la démarche. Dans le régulateur de démarche en ligne, nous ajustons les DMPs dynamiquement pour contrer la perturbation au cours d`une étape. Pour savoir comment marcher, de nombreuses approches dynamiques de planification de la démarche sont proposées.

Dans [10], l`exosquelette modifie la vitesse du pied oscillant dynamiquement en fonction de la durée de la phase de soutien pour améliorer l`expérience des patients. Cependant, l`équilibre de l`exosquelette n`est pas pris en compte dans cette recherche. Dans [11, 12], la méthode de centre de masse extrapolée (XCoM) [13] est proposée pour empêcher l`exosquelette de MINDWALKER de tomber latéralement en ajustant en ligne la largeur de pas (hip AB/adduction). Cependant, la perturbation dans le plan sagittal n`est pas prise en compte. Comme le montre la figure 3, si la jambe de pied est la jambe avant et l`état du système peut être décrite avec les États 1, 7 et 8, alors une étape doit être prise en avant pour éviter de tomber. Généralement, après la transition du poids, le système viendra à l`État 1 avant 7 et 8. Si la jambe de pied est derrière la jambe et l`état du système peut être décrit dans l`État 3, 4, et 5, l`exosquelette doit prendre un pas en arrière pour empêcher la chute. Ainsi, après avoir déterminé la jambe de pied, nous pouvons obtenir l`intention du patient (pas en avant ou pas en arrière) par le quadrant du diagramme d`énergie orbitale, le statut appartiennent à.