論文の概要: A Mode-Unified, Continuous, and Biomimetic Control Strategy of a Robotic Lower Limb Prosthesis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.19183v1
- Date: Tue, 13 Oct 2026 20:48:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-15 21:06:15.806142
- Title: A Mode-Unified, Continuous, and Biomimetic Control Strategy of a Robotic Lower Limb Prosthesis
- Title（参考訳）: ロボット下肢義肢のモード統一・連続・生体模倣制御戦略
- Abstract要約: 既存の生体模倣下肢義肢コントローラは、通常、個別の移動モードのために設計されている。
膝・足首の生体力学を地形・歩行位相の関数として表現するモード統一補綴制御フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.66633001673392
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Existing biomimetic lower-limb prosthesis controllers are commonly designed for discrete locomotion modes, requiring separate parameterizations for level walking, ramps, and stairs. We present a mode-unified prosthesis control framework that represents knee and ankle biomechanics continuously as functions of terrain slope and gait phase across those locomotion conditions. Locally optimized ascent and descent polynomial models were unified using radial basis function (RBF) interpolation, preserving the accuracy of the partitioned models while outperforming a global polynomial representation. The resulting biomechanics were transformed into continuous and slope-dependent impedance parameters and implemented within a single finite-state-machine (FSM) controller using bilateral sensing for gait-state estimation. Experiments with 10 individuals with transfemoral amputation demonstrated terrain-adaptive locomotion from level walking through ramps and stairs up to 35 degrees, including 13 degree ramp and 15 degree stair conditions absent from the underlying able-bodied (AB) dataset. Experimental results reproduced the principal slope-dependent biomechanical trends predicted by the unified model, with high agreement for knee-related measures (r-square = 0.82 - 0.99) and ankle kinematics (r-square= 0.78 - 0.96). These findings demonstrated that unified biomechanical parameterization enables a prosthesis control architecture across diverse terrain conditions while preserving key features of AB biomechanics without requiring independently tuned impedance parameter sets for each locomotion mode.
- Abstract（参考訳）: 既存のバイオミメティックな下肢プロテーゼコントローラは、通常、個別の移動モードのために設計されており、レベルウォーキング、ランプ、階段のために別々にパラメータ化する必要がある。
本研究は, 膝・足首の生体力学を, 移動条件を横断する地形傾斜と歩行位相の関数として連続的に表現するモード統一補綴制御フレームワークを提案する。
局所的に最適化された昇華多項式モデルと降下多項式モデルは、放射基底関数(RBF)補間を用いて統一され、大域的な多項式表現よりも高い精度で分割されたモデルの精度を保った。
得られたバイオメカニクスは, 連続および傾斜依存インピーダンスパラメータに変換され, 歩行状態推定のための二方向センシングを用いた単一有限状態機械(FSM)コントローラに実装された。
経大腿骨切断術を施行した10人の被験者による実験では、傾斜地や階段を最高35度まで歩きながら地形に適応する移動が示され、その中には13度のランプと15度の階段条件が含まれていた。
実験結果から, 膝関連指標(r-square = 0.82 - 0.99)と足首運動学(r-square = 0.78 - 0.96)について, 統一モデルにより予測される主斜面依存性の生体力学的傾向を再現した。
これらの結果から, 生体力学的パラメータの統一化により, 各種地形条件にまたがる補綴制御が可能であり, 各移動モードのインピーダンスパラメータセットを独立に調整することなく, ABバイオメカニクスの重要な特徴を保存できることがわかった。
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