基于ADRC的多电极协同上肢康复运动控制方法

摘要

功能性电刺激(FES)是重要的卒中致残康复治疗方法，而现有的功能性电刺激设备多使用单对表面电极对肌肉施加刺激，难以在肢体运动过程中精确定位最佳刺激位置，同时，受内外干扰的影响，康复运动控制精度有待提高。为此，提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的多电极协同控制方法。首先，设计了一套用于上肢康复的多电极功能性电刺激系统；其次，通过分析上肢的动力学模型确定电极切换策略，在角度跟踪过程中根据角度区间动态调整电极组合，实现对最佳刺激位置的跟踪；再次，引入ADRC作为控制器实时估计和补偿系统的扰动；最后，招募健康受试者，开展仿真和实验验证。结果表明：所提出的控制方法实现了对上肢运动的精确控制，与固定电极策略的控制方法相比，平均跟踪误差均值降低了约50.41%,均方差降低了约43.30%。此外，受试者肌电信号分析结果表明：采用电极切换策略的肌电信号与固定电极策略相比，振幅平均绝对值MAV和中值频率MF分别减少了约40.21%、 17.97%,肌肉疲劳得到了一定的缓解。

关键词

功能性电刺激 / 多电极切换策略 / 上肢康复系统 / 电极阵列 / 自抗扰控制