An sEMG based adaptive method for human-exoskeleton collaboration in variable walking environments

外骨骼 控制理论(社会学) 计算机科学 控制器(灌溉) 自适应控制 模糊逻辑 变量(数学) PID控制器 Lyapunov稳定性 控制工程 人工智能 模拟 控制(管理) 数学 工程类 数学分析 温度控制 生物 农学
作者
Yong He,Feng Li,Jinke Li,Jingshuai Liu,Xinyu Wu
出处
期刊:Biomedical Signal Processing and Control [Elsevier BV]
卷期号:74: 103477-103477 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.bspc.2021.103477
摘要

In this paper, a novel long short memory network – adaptive robust iterative learning control (LSTM-ARILC) framework is proposed to achieve accurate continuous motion estimation and adaptive following control for the exoskeleton robot, which is applied to offer assistance to human walking in variable environments. The LSTM network is established to estimate the human lower limb motion through the processed surface Electromyography (sEMG) signals, and the human-exoskeleton coupling fuzzy dynamic model is further developed. Then the closed-loop ARILC controller is designed to compensate the estimated errors and realize the adaptive and robust following control, and its asymptotic stability is rigorously proved via Lyapunov theory. The performance of the proposed method is evaluated with numerical experiments and compared with adaptive PID controller and adaptive fuzzy sliding mode controller (SMC). The maximum following errors of ARILC after 6 iterations can be reduced by more than 99% compared to the initial iteration, and the controller is quite less sensitive to the environment changes than the other two controllers, which proves that the proposed control framework is much more robust and effective in variable walking environments.
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