54、主动反馈控制与康复设备技术的创新探索

主动反馈控制与康复设备技术的创新探索

1. 主动速度反馈中相位超前效应的降低

在主动速度反馈系统里，相位超前效应是影响系统稳定性和性能的关键因素。通过选取合适的选择器频率，能够在高频段实现主动高增益的有效性，同时避免低频段因相位超前引发的不稳定性。

为了达成这一目标，提出了一种简单的频率范围选择器，用于调整主动速度反馈隔离的控制器增益。这个选择器就像一个滤波器，能够减少固有高通滤波器在低频段相位超前导致的不稳定行为。滤波器的形状由选择器频率控制，其优势在于修改后的控制力与原始控制力同相。

2. 电缆驱动脚踝辅助设备的性能分析

2.1 背景与需求

人体脚踝关节容易受到肌肉骨骼和神经损伤。传统的肌肉康复训练依赖治疗师监督，耗时且重复，训练时间短。而持续的肌肉活动有助于缩短康复时间和改善关节运动恢复。因此，机器人系统如外骨骼应运而生，它能减轻治疗师的负担，增加训练时间和频率。

目前，许多平行康复机器人的概念已被提出，但各有优缺点。比如平行平台机器人能提供3个旋转自由度，但部分可穿戴机器人存在体积大、质量重、结构复杂等问题。而电缆驱动的平行机械手可以解决安全性、便携性、复杂驱动等问题，通过对电缆施加恒定张力，为脚踝提供必要负载，实现可控运动。

2.2 脚踝运动辅助的要求

脚踝关节允许如内翻 - 外翻、外展 - 内收和跖屈 - 背屈等独立运动。康复设备应在运动范围限制内提供角度，以避免患者疼痛或受伤。人类运动的限制为内翻 - 外翻 -8° 至 8°，跖屈 - 背屈 -32° 至 40°。此外，设备还需满足便携性、重量、舒适性、尺寸和用户友好性等要求，用户界面应能调整脚踝的最大负载