Human-machine Coupling Dynamics Modeling and Active Compliance Control of Lower Limb Rehabilitation Robot

Abstract

摘要： 针对多关节下肢康复机器人非线性人机交互作用力影响训练过程中舒适度和安全性的问题，提出一种人机耦合动力学建模方法和主动柔顺控制策略。结合脑卒中发病初-中期康复训练特点和降低髋关节输出功率的要求，确定出坐卧式下肢康复机器人自由度配置、自平衡结构原理，并完成具体模型设计。基于简化的人体肌骨模型，考虑人机耦合方式，确定出人机交互作用力模型，进一步给出考虑自平衡结构影响的人机耦合动力学模型。引入环境刚度模拟患者踩踏在不同路面的接触力效果，利用动力学前馈进行关节期望力矩补偿控制，并通过李雅普诺夫定理判定控制系统的稳定性。通过实验验证了轨迹跟踪、力跟踪的准确性，进一步通过临床试验，92.2%的脑卒中患者病情得到缓解，验证了研究内容的可行性和安全性。