【摘 要】
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外骨骼机器人能够修复和增强人体运动能力,在工业生产、康复医疗和军事作战等领域有着广泛的应用。为了通过人机协作辅助人体运动,外骨骼机器人需要在复杂的运动过程中检测人体运动状态和运动意图,从而降低人体自然运动代谢能耗。现有面向人体运动的测量方法,如肌电信号（EMG）、足底压力、关节转角等存在信噪比低、预处理复杂、实时性差等问题,导致运动状态识别难以满足外骨骼实时控制需求。肌肉形变信号具有信噪比高、预处
【基金项目】
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人-外骨骼耦合系统的肌骨力位在线重构与能耗感知，the National Natural Science Foundation of China （NSFC） under Grant No.51875221
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外骨骼机器人能够修复和增强人体运动能力,在工业生产、康复医疗和军事作战等领域有着广泛的应用。为了通过人机协作辅助人体运动,外骨骼机器人需要在复杂的运动过程中检测人体运动状态和运动意图,从而降低人体自然运动代谢能耗。现有面向人体运动的测量方法,如肌电信号（EMG）、足底压力、关节转角等存在信噪比低、预处理复杂、实时性差等问题,导致运动状态识别难以满足外骨骼实时控制需求。肌肉形变信号具有信噪比高、预处理简单、实时性好等特点,同时它又与肌肉能耗有着直接的关联。如何设计顺应肌肉形变的柔性传感器,建立运动过程中的肌肉形变感知方法,是解决人体运动状态识别和意图预测难题的可循之道。本文以电容式柔性压力传感器为研究载体,主要的工作包括:基于多孔结构的传感器结构与工艺设计。研究了基于平行板电容器的传感原理,设计了三层式结构的柔性压力传感器;提出了多孔结构的介电层设计方法,实现了传感器灵敏度的提高;设计了基于超声溶糖的多孔结构加工工艺。面向复杂水陆环境的传感器标定与性能测试。建立了传感器参数的实验标定方法;开展复杂水陆环境下的传感器性能测试研究,包括受压稳定性,耐疲劳性,耐热性等。面向人体下肢运动测量的传感器应用。结合医学超声设备,设计了肌肉形变与传感器信号之间关系的实验验证方案;基于柔性压力传感器开展了人体下肢运动模式识别的实验,识别准确率达到95%以上;探究了在走路这一运动模式中肌肉之间的协同作用,实验结果与解剖学网络中的肌肉关系基本一致。
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