通过基于模型的路径规划与控制技术，实现混合式电肌刺激（FES）- 外骨骼系统的上肢运动辅助

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Upper Limb Movement Assistance through Model-Based Path Planning and Control of Hybrid FES-Exoskeleton Systems

　　

摘要：

混合式FES-外骨骼系统能够引导用户沿着模仿功能性上肢运动的轨迹移动，与单独使用任一系统相比，该系统具有更高的精确度和更低的运动扭矩，因此非常适合作为辅助设备。然而，FES驱动运动的精度限制、外骨骼的尺寸以及电能需求阻碍了混合式系统在现实世界中的广泛应用。此外，由于难以有效协调这两个子系统，以及不同神经损伤患者的运动能力存在差异，这些系统的普及也受到限制。我们提出了一种非线性轨迹优化方法，可以在预设的目标点之间生成可行的、个性化的轨迹，并预先考虑每个用户的动态约束。我们通过八名神经功能正常的参与者进行了实验验证，并通过一个颈椎脊髓损伤患者的案例研究进一步验证了该方法的有效性。结果表明，与单独使用外骨骼系统相比，混合式FES-外骨骼系统显著降低了外骨骼的扭矩，同时保持了运动轨迹的精确度。