技術摘要
本案設計了一款結構緊湊且可被隱藏於褲管內的緊湊型踝關節外骨骼，並開發了一種兼具舒適、人機交互安全性與跨使用者穩健性的控制策略，以輔助垂足患者進行足背屈運動，防止跌倒及代償現象。在機構設計上，採用滾珠螺桿與彈性體的組合實現緊湊型串聯彈性致動器，踝關節部分則使用四連桿的關節適應機構設計。整體機構緊湊且舒適，提升了使用者的穿戴意願。目前的外骨骼缺乏兼顧舒適、人機交互安全性與跨使用者穩健性的控制策略，此外，以觀測器為基礎的滑模控制存在振盪現象及估測誤差對控制性能的影響等問題。 為此，本案提出了一種結合降階線性擴張觀測器、導納控制、滑模控制與 追蹤技術的Admittance Reduced-order Linear Extended State Observer Sliding Mode Control with tracking performance (ARSH)控制策略，旨在人機交互安全的前提下增加控制策略的穩健性，抑制估測誤差並改善振盪現象，提升外骨骼的舒適性與輔助效果，同時減少致動器損壞的機率。最終，本案使用Lyapunov理論證明了ARSH的穩定性。實驗結果顯示，引入 追蹤技術後，相較於傳統滑模控制，振盪現象在不損失追蹤精度的前提下，於連續步態和不連續步態下分別改善了23.7%與44.6%。在ARSH控制性能評估實驗中，ARSH成功對期望軌跡進行調整以降低人機交互力，結果顯示追蹤精度不受期望軌跡改變的影響。最終，輔助成效實驗結果顯示，本案所設計的外骨骼機構以及ARSH控制器能有效平均減少受試者行走過程中22.8%的脛前肌活動量，證明了該外骨骼能夠輔助足背屈運動，藉此增加擺盪期的足部間隙，減少跌倒及代償現象。
校內編號
114PC0014
專利國家
中華民國
專利類型
發明
專利證號
I922351
成果來源
國科會