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Stable Robust Hybrid Zero Dynamics Control of Powered Lower-Limb Prostheses

机译:动力型下肢假体的稳定鲁棒混合零动力学控制

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摘要

To improve the quality of life for lower-limb amputees, powered prostheses are being developed. Advanced control schemes from the field of bipedal robots, such as hybrid zero dynamics (HZD), may provide great performance. HZD-based control specifies the motion of the actuated joints using output functions to be zeroed, and the required torques are calculated using input-output linearization. For one-step periodic gaits, there is an analytic metric of stability. To apply HZD-based control on a powered prosthesis, several modifications must be made. Because the prosthesis and amputee are only connected via the socket, the prosthesis controller does not have access to the full state of the biped, which decentralizes the form of the input-output linearization. The differences between the amputated and contralateral sides result in a two-step periodic gait, which requires the orbital stability metric to be extended. In addition, because human gait is variable, the prosthesis controller must be robust to continuous moderate perturbations. This robustness is proved using local input-to-state stability and demonstrated with simulations of an above-knee amputee model.
机译:为了改善下肢截肢者的生活质量,正在开发动力假肢。来自双足机器人领域的高级控制方案,例如混合零动态(HZD),可能会提供出色的性能。基于HZD的控制使用要归零的输出函数指定执行关节的运动,并使用输入输出线性化来计算所需的扭矩。对于一步式周期性步态,有一个稳定的分析指标。为了在动力假体上应用基于HZD的控制,必须进行一些修改。由于假肢和截肢者仅通过插座连接,因此假肢控制器无法访问两足动物的完整状态,从而分散了输入输出线性化的形式。截肢侧和对侧之间的差异导致两步式周期性步态,这需要扩展轨道稳定性度量。另外,由于人的步态是可变的,因此假体控制器必须对连续的中度扰动具有鲁棒性。使用本地输入到状态稳定性证明了这种鲁棒性,并通过膝上截肢者模型的仿真证明了这种鲁棒性。

著录项

  • 期刊名称 other
  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(62),8
  • 年度 -1
  • 页码 3930–3942
  • 总页数 33
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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