[发明专利]人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统及方法

权利要求书

1.一种人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，主要由前馈控制器、PID反馈控制器及阻抗控制器三个模块构成的闭环控制系统组成，其中，前馈控制器根据设定的关节角度及时生成一个功能性电刺激强度，保证闭环控制系统的响应速度；PID反馈控制器保证系统的抗干扰能力；阻抗控制器根据受试者的自主力得到一个关节角度，附加到原先设定的关节角度上，实现自主力与功能性电刺激的协同工作。

2.根据权利要求1所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述前馈控制器采用神经网络模型，所述神经网络模型采用3层反向传播网络，神经网络模型训练算法采用梯度下降法，神经网络模型的初值通过遗传算法确定。

3.根据权利要求2所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述神经网络模型的输入是关节角度、速度、加速度及过去的功能性电刺激强度，输出是当前功能性电刺激的电流强度。

4.根据权利要求3所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，神经网络模型在训练时，所述关节角度、速度及加速度包括当前的和过去的。

5.根据权利要求1所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述PID反馈控制器依据PID调节机制，其三个参数：比例增益KP、积分增益KI和微分增益KD，通过Ziegler-Nichols方法确定。

6.根据权利要求1所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述前馈控制器通过延时模块与PID反馈控制器连接，所述延时模块包括延时环节Z^-n，其中n与闭环控制系统的采样周期有关。

7.根据权利要求1所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述阻抗控制器采用二阶微分方程模型，其输入是自主力，输出是附加关节角度。

8.根据权利要求7所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述自主力是通过测量与关节运动相关肌肉的肌电信号获得，肌电信号与自主力为线性比例关系。

9.根据权利要求8所述的人工与自主控制融合的功能性电刺激运动康复系统，其特征在于，所述肌电信号经过两次滤波去尾迹处理；其中，第一次滤波是屏蔽处理，去除电刺激尾迹；第二次是梳状滤波，去除M波尾迹。