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下肢柔性助力外衣的工效学设计与步态预测

2021-05-17张雷雨贺彦东李剑锋苏鹏陶春静季润董明杰

中南大学学报(自然科学版) 2021年4期
关键词:助力

张雷雨,贺彦东,李剑锋,苏鹏,陶春静,季润,董明杰

(1.北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室,北京,100124;2.国家康复辅具研究中心,北京,100176)

人体增强是机器人技术的重要分支,主要研究可穿戴机器人在降低能耗、延缓疲劳、提高人体速度等方面的性能。近年来,用于降低人体下肢运动消耗的下肢可穿戴机器人发展迅速,但人体经过生物进化和自我适应,具备了较优的节能运动模式,因此,如何实现穿戴舒适性与代谢降低的有效统一仍是一项艰巨的任务。下肢可穿戴机器人根据本体材料不同,可分为下肢机械外骨骼康复助力机器人和下肢柔性康复助力机器人。传统的下肢机械外骨骼康复助力机器人模仿人类下肢结构,以刚性材料为机械本体,由人体穿戴并随人体运动,针对运动障碍患者可为其提供步态辅助[1-2],针对健康人群可为其提供行走助力或负载助力[3-4],降低人体的能量消耗,如美国加州大学的BLEEX 助力外骨骼[5]。尽管下肢机械外骨骼康复助力机器人的相关技术已经较为成熟,但由于其机械本体为刚性结构,人机相容性较差[6],而且由于穿戴误差的影响,可穿戴外骨骼的关节轴线相对于人体关节轴线易发生位置偏离[7],造成人体穿戴的不舒适性,增加人体附加的代谢消耗,甚至损伤人体关节。因此,为了减轻下肢机械外骨骼助力机器人对人体的附加影响,下肢柔性康复助力机器人逐步成为当前的研究热点。

下肢柔性康复助力机器人从人因工程学角度出发,以人体为支撑,将柔性材料(布带、气动肌肉等)作为驱动构件,包覆在肢体表面,为相应关节的运动提供辅助力,降低人体的代谢消耗。……

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