王援柱 徐飞 佀国宁

0 引言

人口老龄化已经成为我国重要的社会问题。老年人面临很多疾病的威胁，其中，脑卒中是最常见的疾病之一，往往伴随着患者半侧肢体障碍、肢体麻木、失语以及偏瘫等众多的后遗症，绝大部分的病患甚至会因偏瘫造成残疾。外骨骼型下肢康复机器人有助于帮助患者进行合理有效的康复训练，提高瘫痪肢体的运动功能[1]。

传统的外骨骼型下肢康复机器人采用刚性机构驱动关节时，往往无法有效缓解外部冲击进而容易因外部冲击对患者关节造成损伤[2]。与刚性驱动相比，液压驱动[3-4]、气压驱动[5-7]和弹性驱动[8-9]三种驱动方式均能减小冲击产生的反作用力，提高康复训练效果，其中，弹性驱动通过机械方式进行传动，其精确性更高，响应速度更快。

对于有较好对抗冲击性能的弹性驱动设计，目前康复训练中常采用单一弹簧或者力/位混合控制、阻抗控制、神经网络等控制策略进行运动控制，其中单一弹簧在驱动力较大时，弹簧全部被压缩，无法实现弹性驱动；上述控制策略分别存在建模复杂、需要安装大量传感器、隶属度函数比重选取没有理论依据等缺点。因此，本文设计了一种含弹簧和扭簧的双向控制关节柔性驱动器，依据不同的运动状态,弹簧和扭簧分别发生作用，达到实现柔性变刚度驱动的目的。

1 柔性关节驱动器结构设计

柔性关节驱动器采用集成电机驱动系统，将两组相同劲度系数的弹簧和扭簧、联轴器、光电编码器、电机、角度编码器、动态扭矩传感器组装在一起，通过调整电机的转速实现弹簧、扭簧的压缩以及正反向的运动。……