下肢外骨骼輔助機(jī)器人廣泛應(yīng)用于運動輔助或康復(fù)訓(xùn)練。因繩驅(qū)動外骨骼具有良好人體順應(yīng)性且更加輕便,研究人員研發(fā)出一系列繩驅(qū)動樣機(jī)輔助踝關(guān)節(jié)運動,但其中大多數(shù)只能輔助單向運動。本文提出一種可穿戴繩驅(qū)動踝關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人,該外骨骼機(jī)器人使用一對單電機(jī)分別實現(xiàn)兩側(cè)踝關(guān)節(jié)跖屈—背屈雙向運動輔助。該外骨骼主要重量(即電機(jī)、供能單元和控制單元)置于人體近端(即腰部)附近,以減少作用在穿戴者下肢的附加轉(zhuǎn)動慣量。設(shè)計了基于齒輪—滑輪組件的繩索力傳輸系統(tǒng),有效地將動力從電機(jī)端傳遞至末端執(zhí)行器;設(shè)計了動力輸出單元中的自張緊裝置,用于實現(xiàn)穿戴者行走過程中繩索的張緊;設(shè)計了基于足底壓力傳感器和慣性測量單元(IMU)的步態(tài)檢測系統(tǒng),可有效識別步態(tài)周期和步行狀態(tài)。為驗證外骨骼動力輸出性能,進(jìn)行力矩跟蹤實驗。在受試者佩戴該外骨骼并提供主動輔助力情況下,比目魚肌活動與未佩戴外骨骼狀態(tài)相比降低5.2%,從而驗證該外骨骼的力輔助作用。本文研究表明,該輕型繩驅(qū)動外骨骼機(jī)器人在人體運動增強(qiáng)或康復(fù)訓(xùn)練中具有潛在應(yīng)用前景。

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