基于运动预测的髋关节外骨骼实时助力控制

作     者：徐铃辉 杨巍 杨灿军 张继宇 王天 XU Linghui;YANG Wei;YANG Canjun;ZHANG Jiyu;WANG Tian

作者机构：浙江大学宁波研究院浙江宁波315100 浙江大学机械工程学院浙江杭州310027 杭州程天科技发展有限公司基础创新部浙江杭州311100 

基　　金：国家自然科学基金(51805469) 浙江省药监局科技计划(2020016) 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2021年第43卷第4期

页      码：473-483页

摘      要：针对下肢肌力衰退群体日常出行需求,设计了可穿戴的髋关节外骨骼,实现对人体日常步行意图的精准感知,并对髋关节的屈曲/伸展动作提供实时助力.为了实现频繁走停条件下的助力时机准确性和规律步行条件下的助力无延时,提出了一种基于混合振荡器的运动预测模型,将步态数据从时域转化为相角域,实现人体步行步态的预测和步态周期的分割,通过相角在线计算助力矩,对髋关节外骨骼进行助力控制.为了消除大助力矩下产生的抖动,对大腿杆上的惯性测量单元进行了解耦布置设计.通过跑台步行实验和自由步行实验,分别验证了髋关节外骨骼对于瞬时速度变化、均匀速度变化的适应性,以及在走停切换、自由随意步行时的适应性和有效性.同时检测和对比人机交互力,验证了带预测能力的自适应振荡器模式能提供更好的助力体验.实验结果表明,基于混合振荡器模型的助力控制策略能够兼顾走停切换条件下非周期步态的助力和规律步行条件下的类周期无延时助力.

主 题 词：髋关节外骨骼 运动预测 混合振荡器 助力控制 无延时助力 

学科分类：0808[工学-自动化类] 0809[工学-计算机类] 081104[081104] 08[工学] 0835[0835] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.13973/j.cnki.robot.200557

馆 藏 号：203104723...