24、外骨骼机器人步行机制及上肢假肢控制进展综述

外骨骼机器人步行机制及上肢假肢控制进展综述

外骨骼机器人步行机制设计

近年来，下肢外骨骼机器人取得了显著的发展。这些系统可分为三类：辅助型外骨骼、康复型外骨骼和增强型外骨骼。
- 辅助型和康复型外骨骼 ：主要供神经功能障碍患者和老年人使用，其作用是辅助或补充有问题的下肢，使残疾人在佩戴机器人系统时能够恢复健康人的运动能力。这类机器人系统配备了具有精确位置控制的电机。
- 康复型外骨骼的另一种用途 ：针对可通过治疗和锻炼康复的残疾患者，这种外骨骼使用一种控制方式，为用户训练创造阻力。
- 增强型外骨骼 ：帮助身体健康的用户完成他们原本无法完成的体力工作，或减少某些任务所需的体力。

未来，外骨骼系统的发展方向是开发轻便、稳定且与用户协作良好的外骨骼。在机器人系统的驱动方面，存在两种情况：一类外骨骼使用安装在关节处的电机；另一类则使用由单个电机驱动的运动链，尽可能忠实地再现人类足部的运动。

人类步态生物力学分析

为了分析人类足部关节的屈伸角度（即矢状面的运动），使用了常用于采集生物力学数据的 Biometrics 设备。该设备配备了角度计类型的传感器，通过胶带粘贴在足部各节段上。针对一名体重 78 公斤、身高 1.68 米、髋 - 膝长度 0.44 米、膝 - 踝长度 0.40 米、踝 - 小趾长度 0.19 米的人类受试者进行测量，结果显示：膝关节的角度幅度为 60 度，髋关节达到 25 - 30 度，踝关节达到 15 度。这些结果代表了在矢状面实现的屈伸角度，由于外骨骼的运动辅助将在矢状面进行，因此未展示人类足部运动关节在额状面