基于膝關(guān)節(jié)角度的助行功能性電刺激模糊控制研究.pdf

1、隨著脊髓損傷和導(dǎo)致癱瘓的發(fā)病率逐年上升。運(yùn)用功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)手段輔助功能恢復(fù)和進(jìn)行神經(jīng)重建獲得顯著臨床效果,FES技術(shù)研究已成為生物信息學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)及神經(jīng)電生理學(xué)等領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)課題。但傳統(tǒng)的FES開環(huán)控制系統(tǒng)無法以最小電流完成理想的刺激訓(xùn)練動作,且易引起肢體疲勞,且易受干擾、自適應(yīng)性差等缺陷嚴(yán)重制約了FES技術(shù)在康復(fù)臨床的推廣與應(yīng)用,亟待改進(jìn)刺激模式和優(yōu)化控制性

2、能。
　　 本研究從人體運(yùn)動學(xué)信息出發(fā),針對FES作用對象-人體肌肉系統(tǒng)具有復(fù)雜非線性的特點(diǎn),選擇新興的智能模糊控制技術(shù),利用膝關(guān)節(jié)角度作為反饋信號,通過模糊控制器實(shí)時控制FES刺激電流模式,以期優(yōu)化FES控制性能、獲得理想的刺激效果。由于人體的特殊性,對模糊控制器參數(shù)要求較為嚴(yán)格,其比例因子、量化因子及隸屬函數(shù)分布是其設(shè)計關(guān)鍵。蟻群算法和遺傳算法兼具全局收斂性、并行性計算優(yōu)化功能,研究中利用蟻群算法和遺傳算法優(yōu)化模糊控制器的相

3、關(guān)參數(shù),并結(jié)合遺傳算法和蟻群算法的優(yōu)點(diǎn),融合遺傳蟻群算法優(yōu)化模糊控制器相關(guān)參數(shù)。研究設(shè)計了基于膝關(guān)節(jié)角度的助行FES模糊控制實(shí)驗(yàn),利用非線性自回歸滑動平均(Nonlinear Autoregressive Moving Average Exogenous,NARMAX)模型構(gòu)建了膝關(guān)節(jié)角度與刺激強(qiáng)度之間的反饋關(guān)系式,使之最大相對誤差在10％之內(nèi)；并分別驗(yàn)證了蟻群優(yōu)化模糊控制器、遺傳模糊控制器、遺傳蟻群模糊控制器的有效性以及穩(wěn)定性,結(jié)果顯