老年骨质疏松症下肢可穿戴外骨骼研究进展

骨质疏松症是当今世界面临的重要公共卫生问题。下肢可穿戴外骨骼是一种新型的人体运动辅助机器人技术,用于预防及治疗老年骨质疏松症及其并发症,是切实可行的一个研究方向。下肢可穿戴外骨骼分为刚性与柔性两类。目前国内外医学界与机械物理行业已经推出众多外骨骼设计理念与产品。本文对下肢可穿戴外骨骼系统的研究进展进行综述。

可穿戴下肢外骨骼康复机器人研究现状与发展趋势

介绍了国内外可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究现状,指出了该领域目前研究的热点问题。分析了可穿戴下肢外骨骼康复机器人在设计生产中的驱动系统、感知系统、控制系统、人机匹配技术、人机交互技术和电池及管理技术等6种关键技术,指出了未来国内在可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研发方面应注重结构模块化及控制系统智能化,在康复效果监测方面应建立完善的康复效果评价系统等。

可穿戴式下肢康复外骨骼机器人步态规划及仿真

通过分析人的下肢各关节的特征及自由度,设计可穿戴式下肢康复外骨骼机器人结构,利用CAD软件solidworks进行三维建模。为了实现可穿戴式下肢康复外骨骼机器人稳定行走功能,本文运用零力矩点(ZMP)判断依据进行步态规划。在机器人进行步态规划时采用三次样条插值法得到可穿戴式下肢康复外骨骼机器人各关节的平滑运动轨迹,同时,摆动腿在运动过程中脚底与地面始终平行。最后在ADAMS软件中建立可穿戴式下肢康复外骨骼机器人的虚拟样机进行运动学仿真。

可穿戴下肢外骨骼结构及自适应鲁棒控制研究

外骨骼助行机器人具有非线性和强耦合性特征,控制策略设计是下肢外骨骼助行机器人试验样机设计的关键。针对传统线性PD控制存在外骨骼助行机器人动力系统稳定性不高的问题,采用一种自适应鲁棒PD控制策略对下肢外骨骼助行机器人进行控制设计。基于逆动力学方法建立外骨骼二自由度连杆机构动力学方程,基于MATLAB/Simulink平台分析下肢外骨骼助行机器人动力学模型的稳定性,结果表明,在外部信号扰动下系统模型的响应时间短,关节位置跟踪误差能快速趋于0,验证了自适应鲁棒PD控制策略控制外骨骼助行机器人具有良好的稳定性。仿真获得了髋、膝关节的力矩曲线,髋、膝关节的力矩均小于100 N·m,为下肢外骨骼的结构与驱动优化设计提供数据支持。