下肢外骨骼机器人系统设计与试验分析

作     者：张付杰 李子建 赵江海 陈淑艳 陈丹惠 俞志鹏 ZHANG Fujie;LI Zijian;ZHAO Jianghai;CHEN Shuyan;CHEN Danhui;YU Zhipeng

作者机构：昆明理工大学农业与食品学院云南昆明650500 常州先进制造技术研究所江苏常州213164 

基　　金：江苏省产业前瞻与共性关键技术重点项目(BE2017007) 

出 版 物：《昆明理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of Kunming University of Science and Technology(Natural Science))

年 卷 期：2021年第46卷第3期

页      码：71-80页

摘      要：针对老龄人士和残障人士助力助行问题,设计了一款柔性下肢外骨骼机器人.该机器人采用中空走线结构的电动关节,利用小型扭矩传感器、磁编码器采集人体运动意图;根据外骨骼机器人的动力学模型,设计基于最小作用力的控制算法并进行运动学逆解,得出各关节转动参量,实现外骨骼机器人随动控制;通过优化外骨骼机器人机械结构并运用轻量化材料,使得机器人样机重量减轻到10.2 kg;在外骨骼机器人进行穿戴试验中,我们采集典型动作运动时的扭矩、位置、速度和加速度等数值,其结果表明所设计的外骨骼机器人随动运动时冲击小,步姿切换时传感器信号跟随良好,电机响应扭矩传感器时间为0.02 s,能达到实际行走的需求,从而验证了该系统的可行性;助力试验结果显示,穿戴外骨骼机器人后快走和慢走模式助力平均峰值扭矩分别为18.2 N·m和15.3 N·m,心率降低1%~7%,且快走比慢走的助力效果更明显.本研究为外骨骼机器人轻量化研究提供了一种参考.

主 题 词：外骨骼机器人 电动关节 随动控制 穿戴试验 心率检测 

学科分类：08[工学] 080203[080203] 0802[工学-机械学] 081101[081101] 0811[工学-水利类] 081102[081102] 080201[080201] 

D　O　I：10.16112/j.cnki.53-1223/n.2021.03.132

馆 藏 号：203103770...