下肢外骨骼机器人人机协同控制策略研究

发布时间：2021-11-24 08:11

　　我国下肢运动障碍人群基数大,并且随着我国人口年龄结构的转变,人口老龄化、空巢化形式日趋加重,针对下肢运动障碍人群的照料和护理问题变得日益突出。下肢外骨骼机器人能够显著提高下肢功能衰退人群的运动能力和生活质量,是解决下肢运动功能障碍康复、助行和老年人行走助力问题最具潜力的途径之一。下肢外骨骼机器人是以人为核心的人机协同智能系统,其需要充分感知和认知穿戴者的运动意图并执行合适的辅助策略才能使得人机相互协同,达到助力助行的目的。目前商业化外骨骼机器人正逐步由试验样机走向产业应用,但是,由于其并未充分感知穿戴者运动意图,因而提供的协同辅助策略较为粗糙。肌电和脑电这类生物电信号能够反映出穿戴者的原始运动意图,是实现自然人机交互的重要途经。但将生物电信号应用于外骨骼机器人协同控制的研究相对较少,亟待进一步开展研究。在截瘫助行下肢外骨骼机器人方面,多采用固定预设步态,通过长期训练,实现穿戴者与外骨骼机器人协同配合。在助老助力外骨骼机器人方面,以固定力矩辅助方式为主,人机协同控制策略具有明显的固化性、时滞性以及功能单一性,难以自适应地与穿戴者协同共融,进而难以实现自由行走、自适应助力、多场景适用等功能... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

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外骨骼机器人技术的应用范围不仅限于此。随着技术的进步,还能应用于社会的各种领域,如抢险救灾,水下作业等特种行业。外骨骼机器人技术的发展对保证我国人民身体健康、促进经济发展、推动社会进步及维护国家稳定安全等方面具有重要的意义。1.2 下肢外骨骼机器人研究现状

动力辅助型外骨骼机器人也能够被细分为两类,一种是载重增强外骨骼机器人,例如BLEEX,HULC和Hercules系统,其能直接将人-机负载传导到地面,并可跟随穿戴者的引导行走,达到提升穿戴者负重能力的效果;另一种类型是人体力量增强外骨骼机器人,例如HAL和Honda’s Stride Management Assist,这类机器人把穿戴者的双腿作为机器人的负载,通过协同控制方法减小穿戴者双腿出力,从而提高穿戴者的运动能力,这类机器人主要面向人口老龄化的迫切需求,旨在提高老年人的行走能力。外骨骼机器人的机械设计和力-位控制方法是外骨骼机器人设计的基础,被广泛研究,已有多篇国内外相关综述文章[1–5]归纳和总结了该内容,而总体分析外骨骼机器人人机协同的研究相对较少。下肢外骨骼机器人是一种人机强耦合系统(物理紧耦合),因此人机协同控制技术对其性能影响具有至关重要的作用。人机协同控制技术着重于研究对人体的行为、意图的认知理解,以及如何根据认知结果控制外骨骼机器人,最终使外骨骼准确有效的协助穿戴者完成目标任务。因此,需要从人机协同角度出发开展下肢外骨骼机器人控制方法研究。本文主要从人机协同角度研究用于截瘫助行和助力助老的下肢外骨骼机器人。

【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性下肢外骨骼机器人研究进展及关键技术分析[J]. 赵新刚,谈晓伟,张弼.  机器人. 2020(03)
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[3]脑控下肢外骨骼技术发展及展望[J]. 刘文龙,赵彦峻,贾丙琪,厉朝,乔学昱.  机床与液压. 2019(21)
[4]下肢助行外骨骼髋关节串联弹性驱动器弹性单元优化设计研究[J]. 程冠铭,孟青云,胡冰山,喻洪流.  生物医学工程与临床. 2019(05)
[5]穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究[J]. 霍金月,喻洪流,王峰,倪伟,王多琎,胡冰山.  中国康复理论与实践. 2019(04)



本文编号：3515576