下肢步行康复训练机器人的人-机耦合力检测

针对患者主动参与的步行康复训练,利用牛顿-欧拉法建立了患者与外骨骼机械腿的动力学模型,推导出提取患者下肢主动力的简化模型。在此基础上,设计了用于测量人-机耦合力的装置,并在实验样机上进行了加载3组不同质量产生的惯性作用耦合力的在线测量实验和一个步态周期内加载了3组患者模拟主动作用力的测量实验,获得了最大标准差为0.208N实验结果数据。实验数据表明,该装置能满足用于在线测量人-机耦合力的测量精度要求,以及康复训练中基于动力学模型的患者主动作用力测量的可行性,该测量方法和装置为实现下肢步行康复训练机器人的患者主动参与康复运动的外骨骼机械腿的主动控制建立了基础。

基于髋关节高度恒定的静态步态规划

外骨骼机械腿是一种扩展下肢运动能力的助力装置,主要帮助腿脚不便或腿部力量减弱的老年人群和残疾人士,完成简单的跨步,上下阶梯,跨越障碍等任务,并有一定的治疗和矫形效果。根据人行走的姿态和机构的特征,建立了机械腿的运动模型和力学模型。考虑到支撑框架固定在机械腿的髋关节上,为了避免框架在行走过程中随着人重心的变化上下运动,提出了一种基于髋关节高度恒定的静态步态规划。通过确立步行周期内各个关键姿态的位姿,采用多项式曲线拟合出每个关节的运动轨迹方程,并对这种静态步态进行了稳定性分析,通过实验仿真验证了这一规划方法的可行性。