Assisting Unit of Standard Wheelchairs by Using Internal Model Control

采用内模控制的标准轮椅辅助装置

• 批准号: 13650500
• 负责人: KOBAYASHI Nobuaki
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kanazawa Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13650500/
• 关键词: Wheelchairs; Internal Model Control; LQ Control; Assisting Unit; Single Side Driven Wheelchairs; 標準型車椅子; 走行補助ユニット; マイコン制御; 片手駆動式車椅子; 車いす; 片手駆動式車いす

The study is focused on the design and testing of a newly assisting unit of standard wheelchairs for hemiplegia person. People with the type of disability often drive standard wheelchairs one active hand and foot in the present situation. Conventional single side driven non-powered wheelchairs have various types of problems, e.g., large rotation radius, difficulty of operations.The purpose of this study is to solve these problems of current single side driven wheelchairs by using internal model control (IMC) design structure from technology of independence point of view. The control method by combining the IMC design with limiting properties of LQ control is implemented to a mass-spring system. Robust stability for parameter perturbation is also discussed in theoretically.The other hand, all stabilizing controller with limiting properties of LQ control are also discussed in this study. The proposed stabilizing controller has disturbance decoupling properties which is the same as internal model, control and can reduce influence of disturbance added to system for multiplier effects by using limiting properties of LQ control.The assisting unit of standard wheelchair is evaluated by experiments. The results show that the method is effective on tracking control for constructing the single side driven wheelchair.

研究了一种用于偏瘫患者的新型标准轮椅辅助装置的设计与测试。在目前的情况下，有残疾的人通常是用一只手和一只脚来驾驶标准轮椅。传统的单侧驱动非动力轮椅存在旋转半径大、操作困难等问题。本研究的目的是从独立技术的角度出发，采用内模控制（IMC）设计结构来解决当前单侧驱动轮椅存在的这些问题。将内模控制设计与LQ控制的极限特性相结合的控制方法应用于质量-弹簧系统。从理论上讨论了参数摄动的鲁棒稳定性。另一方面，本文还讨论了LQ控制中所有具有极限特性的稳定控制器。所提出的稳定控制器具有与内模控制相同的扰动解耦特性，并且利用LQ控制的极限特性可以减小系统中加入的扰动对乘数效应的影响。通过实验对标准轮椅辅助单元进行了评价。结果表明，该方法对单面驱动轮椅的跟踪控制是有效的。

项目成果

小林伸明, 鈴木亮一, 谷正史, 中俊英, 神戸康有: "片手で操作できる標準型車いすの設計開発"計測自動制御学会論文集. 38・12. 1023-1029 (2002)

Nobuaki Kobayashi、Ryoichi Suzuki、Masashi Tani、Toshihide Naka、Yasuari Kobe：“可单手操作的标准轮椅的设计和开发”仪器与控制工程师学会会议记录 38・12. ）

鈴木亮一, 小林伸明他3名: "内部モデル制御と最適レギュレータの極限的性質の相乗効果を利用した軌道追従制御"日本機械学会論文集C編. 67・663. 3519-3524 (2001)

Ryoichi Suzuki、Nobuaki Kobayashi 等 3 人：“利用内部模型控制和最优调节器的极端特性的协同效应进行轨迹跟踪控制”，日本机械工程学会会刊，C 版 67・663。 (2001)

鈴木亮一, 小林伸明, 土肥雅晴, 古屋栄彦, 倉川哲司: "内部モデル制御と最適レギュレータの極限的性質の相乗効果を利用した軌道追従制御"日本機械学会論文集C編. 67・663. 3519-3524 (2001)

Ryoichi Suzuki、Nobuaki Kobayashi、Masaharu Doi、Hidehiko Furuya、Tetsushi Kurakawa：“利用内模型控制和最优调节器的极端特性的协同效应进行轨迹跟踪控制”日本机械工程学会会刊，C 版。 3519-3524（2001）

Nobuaki Kobayashi, Ryoichi Suzuki, Masashi Tani, Toshihide Naka and Yasutomo Kanbe: "Design and Development of Single Side Driven Wheelchairs - Application of Internal Model Control and LQ Control -"Trans. SICE. 38, No.12. 1023-1029 (2002)

Nobuaki Kobayashi、Ryoichi Suzuki、Masashi Tani、Toshihide Naka 和 Yasutomo Kanbe：“单侧驱动轮椅的设计与开发 - 内模型控制和 LQ 控制的应用 -”Trans。

Ryoichi Suzuki, Nobuaki Kobayashi, Masaharu Doi, Shigehiko Furuya and Satoshi Kurakawa: "Multiplicative Effect by Combining IMC Design with Limiting Properties of LQR and Its Application to Trajectory Tracking Control."Trans. Of the Japan Society of Mecha

Ryoichi Suzuki、Nobuaki Kobayashi、Masaharu Doi、Shigehiko Furuya 和 Satoshi Kurakawa：“IMC 设计与 LQR 限制特性相结合的乘法效应及其在轨迹跟踪控制中的应用。”Trans。