Entwurf und Steuerung des Rehab-Exos, eines gelenkdrehmomentgesteuerten Exoskeletts für die obere Gliedmaße

Diese Arbeit präsentiert das Design des Rehab-Exos, eines neuartigen Exoskeletts für die obere Gliedmaße, das für Rehabilitationszwecke konzipiert wurde. Es ist mit Aktuatoren mit hoher Übersetzungsrate und kompakten elastischen Gelenken ausgestattet, um Drehmomentsensoren basierend auf Dehnungsmesstreifen zu erhalten. In dieser Studie behandeln wir die Leistungsfähigkeit der Drehmomentsensoren und die Designaspekte, die unerwünschte nicht-axiale Momentenlast-Kreuzgespräche verursachen könnten. Darüber hinaus wird ein neuer Vollzustandsregelkreis für das Drehmoment entworfen, indem die nichtlineare Systemdynamik mit mehreren Freiheitsgraden modelliert und eine Kompensation für nichtlineare Effekte wie Reibung und Schwerkraft bereitgestellt wird. Um das vorgeschlagene Exoskelett für die obere Gliedmaße sowohl in Bezug auf die Leistungsfähigkeit des Regelungssystems als auch die Validierung der mechanischen Struktur zu bewerten, wurde der Vollzustandsregelkreis mit zwei anderen Benchmark-Vollzustandsregelkreisen sowohl in einem Transparenztest – zehn Probanden, zwei Referenzgeschwindigkeiten – als auch in einer haptischen Rendering-Bewertung verglichen. Beide Experimente waren repräsentativ für den beabsichtigten Zweck des Geräts, d.h. die physische Interaktion mit Patienten, die unter eingeschränkten Bewegungskompetenzen leiden. Unter allen experimentellen Bedingungen erreichte unser vorgeschlagener Gelenkdrehmomentregler höhere Leistungen, indem er Transparenz für die Gelenke bereitstellte und die Machbarkeit des Exoskeletts für unterstützende Anwendungen bestätigte.