19、机器人技术与辅助视障设备的前沿进展

机器人技术与辅助视障设备的前沿进展

机器人假肢的能量再生与性能测试

在机器人假肢领域，能量再生是一项关键技术。研究发现，利用人类动力学的机器人植入物进行能量再生，其效率远高于压电效应和鞋垫能量收集方式。以某系统为例，电池总能量需求为 3.36W，其中再生能量为 1.23W，再生能量占比约 36.7%，这充分展示了该技术的潜力。

为了更深入了解开源机器人腿部假肢（OSL）的性能，进行了一系列实验研究。
- 机电效率测试 ：在时域和频域对 OSL 的机电效率进行了评估。测试通过位置和电流控制程序，对膝关节和踝关节分别进行研究，数据由高级控制系统以约 750Hz 的频率记录。
- 阶跃响应测试 ：该测试旨在测量 OSL 监测参考更新的能力。在关节坐标中，记录了电机在 5°、10°和 15°时的相位响应，以及在 2A、4A 和 6A（相 - 相）对应 1.2A、2.3A 和 3.5A 时的电流阶段响应。基于脚踝的运动学传播比，这些测试对应膝关节约 6Nm、12Nm 和 18Nm 的扭矩，以及踝关节约 9Nm、18Nm 和 27Nm 的扭矩。
- 频率响应测试 ：使用高斯白噪声信号作为相对指令，测量 OSL 能够监测指令的频率范围。分别在 5°、10°和 15°的振幅以及 1.2A、2.3A 和 3.5A 的电机峰值电流下计算频率响应。位置和电流测试分别获取了 15s 和 60s 的数据，并使用 Blackman - Tukey 频谱分析来评估 Bode 图。

实验结果表明，在时域的电机位置和电流表征中，不同阶段大小的相位结果可靠且可重复，膝关节和