王彦凤,王瑞△,蔡玉强,赵欣

(1.华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210；2.唐山市拓又达科技有限公司，河北 唐山063000)

1 引 言

目前，穿戴式外骨骼机器人作为最典型的共融机器人[1-2],被广泛应用在康复医疗领域。临床研究表明，主动康复训练效果优于传统的被动训练。人体肌肉激活度作为主动训练中常用的反馈信息，众多学者对其测量方法做了研究。Go[3]、史小华[4]等通过提取患者下肢肌电信号在时域内的特征量来测量下肢肌肉的肌肉力量；Mentiplay[5]等通过量化计算产生力的速率(RFD)，测量等长收缩所需的时间来测定人体肌肉力量；张希安[6]等使用骨肌仿真技术，建立骨肌系统模型计算下肢肌肉扭矩；黎发根[7]等应用手持数字测力计测试臀大肌、臀中肌和内收肌的最大等长收缩肌力,并以自身体重为基准进行标准化测量膝关节肌肉力量。尽管有大量研究测量肌肉力量的方法，但仍存在测量时设备穿戴时间长、信号分析设备复杂、多信息融合分析繁琐、精度受客观环境影响和反馈滞后明显等问题。

本研究提出一种基于角度编码器与外骨骼扭矩传感器快速求解下肢肌肉扭矩的方法。采用整体法对人体-外骨骼系统模型建立拉格朗日动力学方程，推导出求解肌肉扭矩的数学模型；利用MATLAB/Simulink快速完成动力学仿真计算，准确获得各关节的肌肉扭矩；以TOYODA公司自主研发的自平衡外骨骼康复机器人为测试平台，分别使用本研究方法与表面肌电信号测量获取受试者的关节肌肉扭矩曲线，证明本研究方法的正确性。……