Design and Evaluation of Lightweight Adaptive Flexible Ankle Rehabilitation Robot

Abstract

摘要： 针对脑卒中患者步行过程中踝关节背屈力不足而造成足下垂和踝关节跖屈力下降而造成站立末期推进力不足，进而导致步态不稳及容易摔倒等问题，设计一款新型柔性踝关节康复机器人。首先，鉴于刚性踝关节机器人增加了脑卒中患者新陈代谢及心理不适感，本研究采用功能性纺织物与鲍登线传输装置相互作用实现踝关节力辅助，轻质且隐蔽，同时，采用单电机双向驱动方式，减少了驱动模块的质量和体积，研制嵌入鞋套的拉力传感器，轻质且实现了辅助力实时检测。然后，为适用于不同体型的穿戴者，采用分级控制，上层控制包括步态运动意图识别及鲍登线轨迹生成算法，下层控制参照鲍登线轨迹实现踝关节跖屈与背屈辅助，提出了一种基于步态事件的鲍登线轨迹生成算法，实现了控制参数自适应调整，提高了系统鲁棒性。最后，搭建实验测试平台验证了机器人辅助效果，在机器人提供动力辅助时，踝关节站立末期跖屈角度与摆动期背屈角度均提高，站立末期地面推进力增加；相比之下，在机器人不提供动力辅助时，跖屈侧被动拉力在站立末期提供跖屈辅助，提高地面推进力。结果表明该柔性康复机器人具有增加站立末期地面推进力和改善摆动期离地间隙的作用，是一种前景良好的踝关节康复设备。