可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现

“以人为核心”的人机一体化技术，将人和机器人二者进行优势互补，强调人的智能参与到机器人的控制当中，本文所研究的外骨骼就是这样一种充分体现该技术思想的典型的人机系统。 外骨骼是一种可以让人穿戴的机械装置，它将人类的智力和机器人的“体力”结合在了一起，依靠人的智力来控制机器人，通过机器人来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的任务。 下肢步行外骨骼则是介于人与两足机器人之间的人机一体化装备，可辅助人们进行行走。由于有人进行决策，因此相对于两足步行机器人，其步行时的步态规划和步态平衡等问题变得更为简单，结构设计更为方便，同时又能大大增强人体的步行能力，扩大人体的活动范围。 在本项目中，通过对人体下肢肌肉骨骼运动机理的深入研究，采用气动系统设计了一种新型的可穿戴式下肢步行外骨骼机构，并基于自适应模糊神经网络(ANFIS)控制理论，开展了下肢外骨骼的人机耦合控制策略研究。并且，在上述理论研究的基础上，开发出了一套下肢步行外骨骼的原型试验系统，包括机械结构的加工和组装、以及人机耦合的层次式控制框架的具体实现，该原型试验系统可作为今后开展进一步深入研究的实验平台。 该项研究的最终目标是实现步行外骨骼的穿着舒适性和行走平稳性，降低人在步行时所消耗的能量，减轻疲劳，并提高人体负重运动的快速性。新型可穿戴式下肢步行外骨骼系统的成功研制将有助于徒步行走者携带更多的装备，行动更加机动、迅速、灵活，可以作为士兵或旅游者的代步工具。