MLP Based Continuous Gait Recognition of a Powered Ankle Prosthesis with Serial Elastic Actuator

要約

電動足首義足は、下肢切断患者の日常活動を効果的に支援します。
調整可能なコンプライアンスと、切断者の意図を予測して実行する機能を備えた高性能義足は、本物の四肢と同等かそれ以上のものであるために非常に重要です。
しかし、現在の設計では、修正の可能性を最大限に活かした単純かつ効果的な関節のコンプライアンスを提供することができず、リアルタイムでの正確な歩行予測方法が不足しています。
この論文では、シリアル弾性アクチュエータ (SEA) を備えた電動足首補綴物の革新的な設計を提案し、動作の感知と制御のためにより多くの歩行パラメータを正確かつ継続的に予測できる MLP ベースの歩行認識方法を提案します。
このプロテーゼは、同様の重量、トルク、出力を備えた生物学的関節を模倣しており、最大 4 m/s の歩行を補助できます。
平面ねじりバネの新しい設計が SEA 用に提案されており、現在の設計よりも剛性、耐久性、および修正の可能性が優れています。
歩容認識システムは、単一の IMU の信号のみを利用して、運動速度、歩容位相、足首角度、角速度を同時に生成するため、連続性、速度範囲への適応性、精度、多機能性の点で優れています。

要約(オリジナル)

Powered ankle prostheses effectively assist people with lower limb amputation to perform daily activities. High performance prostheses with adjustable compliance and capability to predict and implement amputee’s intent are crucial for them to be comparable to or better than a real limb. However, current designs fail to provide simple yet effective compliance of the joint with full potential of modification, and lack accurate gait prediction method in real time. This paper proposes an innovative design of powered ankle prosthesis with serial elastic actuator (SEA), and puts forward a MLP based gait recognition method that can accurately and continuously predict more gait parameters for motion sensing and control. The prosthesis mimics biological joint with similar weight, torque, and power which can assist walking of up to 4 m/s. A new design of planar torsional spring is proposed for the SEA, which has better stiffness, endurance, and potential of modification than current designs. The gait recognition system simultaneously generates locomotive speed, gait phase, ankle angle and angular velocity only utilizing signals of single IMU, holding advantage in continuity, adaptability for speed range, accuracy, and capability of multi-functions.

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