基于重力补偿的膝关节直驱外骨骼双向助力控制算法研究及仿真
会议名称：《2023届中国系统仿真与虚拟现实技术高层论坛》
会议日期：2023年
学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 10[医学]
摘 要：外骨骼柔顺性助力控制是提升人体机能、降低肌肉疲劳、实现人机共融的关键。为提升膝关节柔顺助力控制性能,本文提出基于重力补偿的双向控制算法进行膝关节行走双向助力,采用惯性测量单元(IMU)检测人体运动姿态信息,通过人体运动步态切换模型识别运动步态相位,确定外骨骼的助力时机,并参考人体膝关节生物力矩,设计符合人体运动生物力学特性的力轨迹期望曲线,实现支撑态膝关节伸膝助力,并在支撑态前期和摆动态后期进行重力补偿控制,补偿外骨骼重力对人体下肢的影响。通过多运动模式助力试验和复杂地形助力试验验证了本算法可准确识别助力时机,在多运动模式下可自适应输出助力大小,大幅提升户外复杂地形适应性,实现自适应柔顺性控制,为外骨骼产品化奠定坚实基础。