摘要

負(fù)重行走是工業(yè)搬運(yùn)和消防救援等領(lǐng)域的重要需求，但長期負(fù)重可能對人體造成不可逆的損傷。提升負(fù)重能力的輔助設(shè)備一直是研究熱點(diǎn)，下肢外骨骼作為一種有效的解決方案，受到廣泛關(guān)注。面向大負(fù)重下的行走運(yùn)動，研制了一種基于半主動電液驅(qū)動的下肢助力外骨骼機(jī)器人。在設(shè)計(jì)上，該外骨骼根據(jù)軀干和大腿之間的角速度特征以及膝關(guān)節(jié)的力矩特征，采用新穎的半主動電液關(guān)節(jié)方案，實(shí)現(xiàn)了矢狀面內(nèi)負(fù)載的有效傳導(dǎo)。建立了關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，針對運(yùn)動過程的負(fù)載擾動，將二級倒立擺模型和狀態(tài)機(jī)策略結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了阻尼的動態(tài)匹配控制：在站立階段，根據(jù)加速度特征，調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)阻尼以傳遞步行過程中動態(tài)變化的載荷；在擺動階段，半主動關(guān)節(jié)保持反驅(qū)特性確保腿的自由擺動。實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證了半主動關(guān)節(jié)具備廣泛可調(diào)的液壓阻尼系數(shù)特性和良好的反驅(qū)特性，確保了外骨骼在站立相的阻尼調(diào)節(jié)和擺動相的被動跟隨控制。外骨骼穿戴測試結(jié)果表明，在不同負(fù)重工況下，所研制的半主動電液驅(qū)動外骨骼機(jī)器人都能實(shí)現(xiàn)高效的負(fù)重傳導(dǎo)和較小的背部交互力。

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責(zé)任編輯：趙子祎

責(zé)任校對：惲海艷

審　　核：張　彤

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