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迭代学习控制算法的在外骨骼控制中的应用研究文献综述

 2020-04-15 16:50:46  

1.目的及意义

为了提高人类自身的生活质量以及从繁重的劳动力上解放出来,人类一直想设计像人一样的机器人能代替人类去做一些工作,在这样的背景下,助力外骨骼应运而生。肢助力外骨骼是融合机器人学,机械学,仿生学,人体运动学,传感技术等多学科新起的研究领域,其在辅助人类行走的生理需求上有很大的潜能,随着工程领域的不断发展,助力外骨骼在辅助助力以及康复训练上取得了很大进展,包括:帮助老龄人上下楼梯行走,医疗康复以及行军作战等方面。

浙江大学机械电子控制工程研究所主要研究方向为电液控制,机电系统集成及智能化,特别在机械电子工程上有一定的国际影响力。2015年,杨灿军教授等团队通过创新仿生机械结构设计,实现外骨骼机器人关节与人体关节的结构耦合匹配,建立人机接触交互阻抗控制系统,探究外骨骼协同控制理论方法,成功研制出智能穿戴式康复训练外骨骼机器人,气动和液压助力外骨骼机器人系统以及智能穿戴式传感器系统。针对下肢助力外骨骼,其提出了设计三自由度膝关节外骨骼,改善了下肢外骨骼和人体复杂膝关节结构良好耦合匹配,并且研究开发了运动自适应下肢康复训练外骨骼机器人系统。

深圳先进院集成所智能仿生中心吴新宇研究员团队经过两年多的技术攻关和临床实验,研发出一款可穿戴式下肢康复用外骨骼机器人。该机器人采用小型化的动力系统及欠驱动机械结构,运用安全可靠的柔性控制来实现外骨骼机器人稳定的步态,从而实现一位看护照看多个病人、同步记录病人生理状态、穿戴简便省时省力、训练可因地制宜等多个优势。与国内外同类型机器人相比,深圳先进院外骨骼机器人具有结构紧凑、多控制模式、智能步态规划、康复训练与残障人士助力行走兼顾的特色。

2015年7月18日,由中国科学技术协会和中国兵器工业集团公司举办的首届中国军民融合技术装备博览会开幕,中国国产单兵外骨骼首次正式曝光,其外骨骼完成度已经非常高,超越了原理样机和工程样机的阶段。穿戴者不仅能完成行走等简单动作,还能做一些诸如地面匍匐等较为复杂的动作,在安装上搬运辅助装置后,还能举起50公斤的重物,额定搬运负荷下平地步速约4.5公里每小时。

BLEEX助力外骨骼以及MINDWALKER助力外骨骼,在其助力外骨骼中踝关节都设计成串联弹性作动器(SEA),其优点为低阻抗输出,反向可驱动以及力矩跟踪等特点。其阻尼可控不仅能使助力踝关节机器人在行走过程中更加平稳,而且能提供一定的助力,应对一些突发情况,例如踩到一个石头等,使得穿戴者行走步态和正常人更加贴近,以及在医疗康复中起很大作用。

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