縱深 | 半主動電液驅動的下肢負重外骨骼機器人設計與控制

摘要

負重行走是工業搬運和消防救援等領域的重要需求，但長期負重可能對人體造成不可逆的損傷。提升負重能力的輔助設備一直是研究熱點，下肢外骨骼作為一種有效的解決方案，受到廣泛關注。面向大負重下的行走運動，研制了一種基于半主動電液驅動的下肢助力外骨骼機器人。在設計上，該外骨骼根據軀干和大腿之間的角速度特征以及膝關節的力矩特征，采用新穎的半主動電液關節方案，實現了矢狀面內負載的有效傳導。建立了關節的運動學和動力學模型，針對運動過程的負載擾動，將二級倒立擺模型和狀態機策略結合，實現了阻尼的動態匹配控制：在站立階段，根據加速度特征，調節關節阻尼以傳遞步行過程中動態變化的載荷；在擺動階段，半主動關節保持反驅特性確保腿的自由擺動。實驗測試驗證了半主動關節具備廣泛可調的液壓阻尼系數特性和良好的反驅特性，確保了外骨骼在站立相的阻尼調節和擺動相的被動跟隨控制。外骨骼穿戴測試結果表明，在不同負重工況下，所研制的半主動電液驅動外骨骼機器人都能實現高效的負重傳導和較小的背部交互力。

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責任編輯：趙子祎

責任校對：惲海艷

審　　核：張　彤

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