踝关节柔性助力外骨骼设计与开发

目的目前下肢外骨骼一般采用刚性结构设计,限制了外骨骼的实际助力效果。鉴于此,本研究将致力于设计一款踝关节柔性助力外骨骼,以期实现拟人化助力,解决目前外骨骼人机协同度低等问题。方法本研究从以下4个方面展开:(1)柔性机构设计;(2)高性能系统平台搭建;(3)个性化助力策略设计;(4)样机系统性能验证。结果(1)实现了一种符合人体踝关节运动特征的踝关节外骨骼柔性机构;(2)分别完成系统的硬件平台与软件平台设计,包括驱动、反馈、人机交互等;(3)提出了一种助力模型,通过步行测试、参数解算、参数回设等步骤实现个性化跖屈助力;(4)系统性能验证结果表明,样机系统具备助力功能(反馈误差0.1%)并能提供有效助力(穿戴者跖屈肌激活度减少12.7%)。结论通过上述各项研究工作,本研究最终形成了一套踝关节柔性助力外骨骼原型样机,设计了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型。其中,系统软件平台的创新性设计为样机提供了较强的功能性和可操作性,而个性化多参数助力模型与外骨骼柔性机构结合,则有效解决了外骨骼助力效果不佳的问题。因此,本研究对下肢柔性外骨骼的研究和应用,都将具有重要的理论和实际意义。