Human Collaborative Control of Lower-Limb Prosthesis Based on Game Theory and Fuzzy Approximation

模糊逻辑 博弈论 假肢 控制(管理) 模糊控制系统 计算机科学 物理医学与康复 数学 医学 数理经济学 人工智能
作者
Haisheng Xia,Ming Pi,Lingjing Jin,Rong Song,Zhijun Li
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:55 (1): 247-258 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tcyb.2024.3483148
摘要

For leg prosthesis user, the soft tissue and skin under the stump of are not accustomed to weight bearing, excessive continuous contact pressure can lead to the risk of degenerative tissue ulceration. This article presents a novel human-robot collaborative control scheme that achieves control weight self-adjustment for robotic prostheses to minimize interaction torque. To establish the human-robot interaction relationship, we regard the contact pressure between human residual limb and the prosthetic receiving cavity as the interaction force. We aim at reducing the interaction force under the premise of minimally changing the original motion trajectory of the robotic prosthesis. The control scheme mainly includes trajectory optimization based on a dual-agent game control scheme under a cooperative relationship, and a fuzzy logic system for improving the control accuracy of trajectory tracking of robotic prostheses with unknown dynamic parameters. Experiments were carried out on two amputee participants to verify the proposed human-robot interactive control scheme in a robotic prosthesis. The results show that the interaction torque could be reduced while maintaining minimal trajectory tracking error. The proposed control scheme could potentially facilitate the dexterous manipulation of leg prostheses, thus benefiting amputees.
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