【摘 要】
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下肢外骨骼机器人是一种与人体并联的“可穿戴式”机电一体化设备。它可以降低穿戴者运动时的消耗,辅助穿戴者行走并增强其负重能力,外骨骼机器人在军事、民用和人体的肢体康复等方面都具有重要的研究意义和社会需求,近年来已成为机器人研究领域的一个热点。下肢外骨骼机器人应用在医疗康复领域,能够帮助卒中及中枢神经损伤导致的偏瘫患者进行康复训练。其技术上的主要挑战,主要有机械结构的轻便可靠,对步态实时跟踪以及精确稳
【基金项目】
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广西创新驱动发展专项（科技重大专项）“智能化人体下肢康复训练机器人研制及产业化应用（桂科 AA17204062）”；
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下肢外骨骼机器人是一种与人体并联的“可穿戴式”机电一体化设备。它可以降低穿戴者运动时的消耗,辅助穿戴者行走并增强其负重能力,外骨骼机器人在军事、民用和人体的肢体康复等方面都具有重要的研究意义和社会需求,近年来已成为机器人研究领域的一个热点。下肢外骨骼机器人应用在医疗康复领域,能够帮助卒中及中枢神经损伤导致的偏瘫患者进行康复训练。其技术上的主要挑战,主要有机械结构的轻便可靠,对步态实时跟踪以及精确稳定等。本论文通过研究人体下肢运动机理,研制了基于盘式电机的两自由度下肢康复外骨骼机器人,进行了运动学和动力学分析,完成了外骨骼步态跟踪的控制策略研究,规划控制系统设计,通过仿真分析和实物样机测试相结合的方法验证了控制技术的有效性。论文的主要工作包括:（1）提出了一种基于盘式电机的两自由度下肢康复外骨骼结构。通过对人体下肢运动特性及运动机理进行研究,采集了人体行走时的步态曲线。根据实际需求所得到的下肢外骨骼的设计要求设计,在保障舒适性、安全性的基础上,以盘式电机为驱动机构,设计了包含髋关节和膝关节两个自由度的下肢康复外骨骼机器人。（2）对该下肢康复外骨骼进行了运动学和动力学分析。通过D-H参数法分析了外骨骼关节角度与连杆末端位置及姿态的关系。使用拉格朗日力学法研究了关节力/力矩与人体运动位置的关系,建立了所设计的两自由度外骨骼机器人的动力学模型。（3）提出了一种位置跟踪的被动控制策略。针对外部扰动较大的问题,通过建立的外骨骼机器人动力学模型,提出一种自抗扰控制的方法。在Simulink中分别对自抗扰控制和PID控制进行了正常的步态曲线跟踪仿真和扰动下的步态曲线跟踪仿真。仿真结果表明,与传统的PID控制相比,自抗扰控制跟踪稳定且具有更好的抗干扰能力。（4）研制了一套基于盘式电机的下肢康复外骨骼实验样机。对自抗扰控制策略下外骨骼运动,以及直接向盘式电机发送位置信息时外骨骼的运动情况分别进行了实验。验证了自抗扰控制策略的有效性。
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