縱深 | 半主動電液驅(qū)動的下肢負重外骨骼機器人設(shè)計與控制

摘要

負重行走是工業(yè)搬運和消防救援等領(lǐng)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(shè)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(guān)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(qū)動的下肢助力外骨骼機器人。在設(shè)計上，該外骨骼根據(jù)軀干和大腿之間的角速度特征以及膝關(guān)節(jié)的力矩特征，采用新穎的半主動電液關(guān)節(jié)方案，實現(xiàn)了矢狀面內(nèi)負載的有效傳導(dǎo)。建立了關(guān)節(jié)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(tài)機策略結(jié)合，實現(xiàn)了阻尼的動態(tài)匹配控制：在站立階段，根據(jù)加速度特征，調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)阻尼以傳遞步行過程中動態(tài)變化的載荷；在擺動階段，半主動關(guān)節(jié)保持反驅(qū)特性確保腿的自由擺動。實驗測試驗證了半主動關(guān)節(jié)具備廣泛可調(diào)的液壓阻尼系數(shù)特性和良好的反驅(qū)特性，確保了外骨骼在站立相的阻尼調(diào)節(jié)和擺動相的被動跟隨控制。外骨骼穿戴測試結(jié)果表明，在不同負重工況下，所研制的半主動電液驅(qū)動外骨骼機器人都能實現(xiàn)高效的負重傳導(dǎo)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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