Personalized assistance control for powered hip exoskeleton using a real-time musculoskeletal digital twin

外骨骼 扭矩 冗余(工程) 股直肌 动力外骨骼 控制器(灌溉) 计算机科学 模拟 控制理论(社会学) 逆动力学 杜氏肌营养不良 运动范围 梯度下降 髂腰肌 物理医学与康复 人体躯干 生物力学 自适应控制 工程类 肌电图 运动控制 运动捕捉 机器人 解算器 执行机构 摇摆
作者
Samane Amini,Iman Kardan,Alireza Akbarzadeh
出处
期刊:Industrial Robot-an International Journal [Emerald Publishing Limited]
卷期号:53 (3): 519-529
标识
DOI:10.1108/ir-07-2025-0254
摘要

Purpose This paper addresses a personalized assistance control strategy for a powered hip exoskeleton, driven by a real-time human musculoskeletal (MSK) digital twin. The authors aim to develop an adaptive assistance controller that optimizes support by incorporating feedback on muscle properties from the MSK digital twin. Design/methodology/approach To enable real-time computation of the MSK, the authors used a muscle redundancy solver to calculate the model’s dynamics based on the user’s motion data. By mapping muscle space to joint space, they define the torque control of the hip exoskeleton robot based on the muscle moments estimated by the digital twin to deliver tailored assistance. Focusing on the energy cost of the hip joint flexor muscles at the onset of the swing phase of walking, the adaptive controller is built on a linear basis function of the moments generated by the rectus femoris and iliopsoas muscles, with dynamically adjusted coefficients. Findings The adaptive assistance coefficients are optimized in real-time using a gradient descent algorithm within a human-in-the-loop framework, minimizing the muscle forces. To validate the performance of the muscle redundancy solver, the authors compared the optimized muscle activations with those obtained by the computed muscle control (CMC) tools in OpenSim, confirming its accuracy and reliability. Experimental results from three healthy subjects show that the proposed controller significantly enhances walking performance. Compared to unassisted walking, it reduces estimated net normalized muscle forces by 10% (p < 0.001), increases hip flexion range of motion by 44% (p < 0.001) and decreases normalized hip joint torque by 14.7% (p < 0.001). Originality/value This paper introduces an innovative personalized adaptive assistance control system relying on a real-time MSK model, which is continuously updated through human-in-the-loop optimization.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
105完成签到 ,获得积分0
1秒前
巧语完成签到,获得积分10
4秒前
修哥发布了新的文献求助10
6秒前
Driscoll完成签到 ,获得积分10
7秒前
www完成签到 ,获得积分10
7秒前
坚定的耳机完成签到 ,获得积分10
9秒前
gs04430完成签到,获得积分10
11秒前
Sschi完成签到 ,获得积分10
11秒前
小胡完成签到,获得积分10
13秒前
april95完成签到 ,获得积分10
14秒前
温暖的蚂蚁完成签到 ,获得积分10
16秒前
段辉完成签到,获得积分10
18秒前
zsj完成签到 ,获得积分10
18秒前
微笑的严青完成签到,获得积分10
21秒前
T_MC郭完成签到,获得积分10
25秒前
睡前来杯黑咖啡完成签到,获得积分10
25秒前
爱而不得完成签到 ,获得积分10
27秒前
29秒前
29秒前
海阔天空完成签到 ,获得积分0
29秒前
湖里完成签到,获得积分10
32秒前
小陈发布了新的文献求助10
33秒前
姜颜完成签到 ,获得积分10
33秒前
江上完成签到 ,获得积分10
34秒前
烟火会翻滚完成签到,获得积分10
37秒前
甜甜青文完成签到 ,获得积分10
42秒前
涵青夏完成签到 ,获得积分10
45秒前
快乐的90后fjk完成签到 ,获得积分10
45秒前
恁碟完成签到,获得积分10
45秒前
不吃压力就是干完成签到 ,获得积分10
45秒前
橘子女王完成签到 ,获得积分10
46秒前
成就鑫完成签到 ,获得积分10
47秒前
ken131完成签到 ,获得积分0
48秒前
gAle完成签到 ,获得积分10
53秒前
曾hf完成签到 ,获得积分10
54秒前
飒妹妹完成签到 ,获得积分10
55秒前
FashionBoy的应助被六六采纳,获得30
55秒前
韩野完成签到,获得积分10
56秒前
1分钟前
Lorry完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1500
奈特基础组织学:配套组织病理学(第4版)(Netter's Essential Histology With Correlated Histopathology)求助 1000
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
John McDowells Bildungstheorie 800
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
Synthesis, Application and Future Perspectives of Smart Nano-materials - Part 1 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8152022
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9548857
关于积分的说明 21687689
捐赠科研通 7740176
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3425126
关于科研通互助平台的介绍 2550259
邀请新用户注册赠送积分活动 2468544