下肢膝关节康复外骨骼机械设备及控制算法研究

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近十几年来,随着康复外骨骼研究的不断深入,康复外骨骼设备在脑卒中的康复治疗领域得到了广泛的应用。立足与膝关节康复外骨骼,对近十几年来国内外研发的下肢膝关节外骨骼的研究成果进行系统的回顾并阐述其异同点,具体将从机械结构组成和控制策略两方面进行论述。膝关节康复外骨骼机械设备常见的结构有铰链和四杆机构两种形式,主要的驱动方式有电机、液压及气压驱动三种方式。电机丝杠驱动简单容易且可传递大扭矩,缺点是精度难以保证。液压驱动可实现大扭矩输出,但驱动系统笨重且对密封要求高。气压驱动简单方便,驱动源是空气,容易获取但精度难以保证且驱动噪音大。不同的驱动方式对应着不同的控制算法,而外骨骼设备控制策略的主要目的是通过预测捕获穿戴者的运动意图并根据穿戴者的意图结合康复需求做出辅助动作,帮助患者进行步态康复。根据控制策略的输入信号的不同,外骨骼的控制策略可分位置控制,力/力矩控制,生物电信号控制等。未来,随着结构和控制策略的不断深入研究,外骨骼将在脑卒中的康复治疗或者人类的日常活动领域发挥重要作用。
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