成果详情
基于等效惯量补偿的索驱动助力膝关节人机协调 控制研究

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研发背景
下肢助力外骨骼是一种穿戴在人体下肢外部,对穿戴者下肢进行运动助力的仿生机器人。(南京工程学院)

应用范围
可适用于下肢健全的健康者穿戴,主要是对穿戴者的下肢进行力放大,实现穿戴者负重行走运动。同时下肢助力外骨骼还可适用于偏瘫患者、老年人、下肢肌肉无力者的穿戴,实现康复训练或助力行走。随着我国人口老龄化的加剧、偏瘫患者的增多及由于交通事故、自然灾害等带来的下肢腿部损伤人员的出现,下肢助力外骨骼具有广泛而迫切的需求。

技术路线及原理
本项目所开展的研究是综合人体运动生物力学、机械机构学、多体动力学、智能控制等多学科交叉的基础研究,是对目前助力外骨骼技术领域做出一些新探索,为助力外骨骼的新型驱动方式、人机协调控制的研究提供理论基础。同时,本项目所涉及的关键技术研究将为助力外骨骼的真正实用化提供重要的理论支撑,满足穿戴者对助力外骨骼有效助力及快速跟随的迫切需求。

技术特色
(1) 采用套索对助力膝关节外骨骼进行驱动,鉴于索驱动的柔软特性,提出基于弹簧、阻尼的人机耦合系统动力学建模方法。 (2) 基于等效惯量补偿的人机自适应协调控制方法。为了减小外骨骼作用在人肢体上的惯量,提出对外骨骼系统进行等效惯量补偿的控制方法,研究等效惯量增益系数的自适应模糊匹配方法,实现外骨骼对穿戴者的有效助力及快速跟随,提高人机系统运动的协调性。

经济效益分析
研究下肢助力外骨骼对提高下肢病患者的生活质量,缓解人口老龄化带来的社会压力等具有重要研究意义和应用价值。