下肢外骨骼助力机器人控制研究

       外骨骼助力机器人作为一种辅助助力设备，其可穿戴性和移动性在辅助老年人和患者行走方面具有独特的优势。团队围绕髋关节下肢外骨骼助力机器人设计与人机协同控制策略展开研究，包括下肢外骨骼机电系统设计，人体运动步态相位估计及参数化助力策略，人体运动意图感知以及基于人体动力学的辅助控制策略等。

       主要研究可以分成三层，包含感知层、运动规划层以及执行层。在感知层，针对周期性运动使用，研究团队提出了基于自适应频率振荡器的方法估计人体步态的连续相位；针对非周期性运动，研究团队提出了基于 HPFNet 的方法，使用稀疏的 IMU 估计和预测下肢姿态；在运动规划层，针对非周期性运动，研究团队提出了基于人体动力学的下肢关节力矩估计方法；在执行层，研究团队使用了基于虚拟管道和阻抗控制的方法实现外骨骼柔性控制，研制了髋关节下肢外骨骼助力机器人样机。

       上述研究成果相继发表于国际期刊IEEE Sensors Journal，论文第一作者为工程实验室博士研究生张兴轩。这一研究工作为基于IMU的步态识别提供了一种新思路，也为下肢外骨骼助力机器人，甚至上肢外骨骼及全身外骨骼等应用提供了一种有效方法。

相关论文：

1. X. Zhang et al., ”Gait Pattern Identification and Phase Estimation in Continuous Multi locomotion Mode Based on Inertial Measurement Units,”IEEE Sensors Journal, vol. 22, no. 17, pp. 16952-16962, 1 Sept.1, 2022, [DOI].

（2023年2月6日）