23、下肢外骨骼系统：助力、康复与增强的全方位解析

下肢外骨骼系统：助力、康复与增强的全方位解析

1. 下肢外骨骼的基本控制与平衡挑战

在下肢外骨骼的设计中，首先会给定期望的髋部和脚趾位置，并以最小加加速度生成轨迹。MindWalker 在重量转移阶段（双支撑阶段）也采用了类似思路，若外骨骼感知到失衡，会在线修正预定义的轨迹。

许多下肢外骨骼会单独控制每个关节，但研究人员也关注到不同关节间的关系。比如，由于双关节肌肉连接，膝关节和髋关节的运动是耦合的。AUSTIN 利用这种耦合关系，减少了一个驱动需求。

保持用户在运动中的平衡是一大挑战。多数辅助外骨骼需要额外支撑来维持平衡，MindWalker 通过估算 XCoM（步行时结合动量的质心位置）来防止摔倒，但尚未实现完全的自我平衡。REX 是个例外，它能仅靠两条腿缓慢移动以实现静态平衡。不过，双足系统要维持动态平衡，还需精确测量人体肢体的质心、惯性和连杆长度等属性，目前技术尚无法做到。

有评估称约 30%的辅助外骨骼有较高的有效性潜力，但还需进一步研究并建立有效性标准，以便与传统方法更好地比较。

2. 康复外骨骼：带重量支撑的康复方案

康复外骨骼旨在帮助瘫痪患者恢复正常步态，以及让患者重新获得行动能力。多数患者失去行走能力是因为认知和感官缺陷，大脑与肌肉间的神经连接受损，不过人体神经系统的可塑性为寻找替代神经路径提供了可能，这需要反复且高强度的训练。目前，多数康复过程由物理治疗师协助完成，但这会让治疗师处于不良姿势且劳动强度大，影响康复效果。

为解决这些问题，出现了带重量支撑的康复方案。Body Weight - Supported Treadmill Training（BWSTT）系统是首个进入市场