下肢康复机器人的人-机耦合建模和"患者主动"控制技术

减重步行训练是针对中枢神经系统疾病（如脊椎损伤）引起的下肢步行能力受损患者进行步态康复训练的有效手段。用机器人技术进行下肢减重步行训练代替人工减重步行训练有利于增加训练时间、提高康复效果和减少医生工作强度。本课题研究由多自由度机器人助行腿、伺服控制减重系统和精密控制跑步机组成的下肢康复机器人系统。该系统通过将患者悬挂在伺服控制的减重系统中以减轻身体重量对患者腿的重力，通过与患者腿适当连接的机器人助行腿帮助迈步运动，通过速度随动的跑步机使患者的助行运动可以在原地进行。从提升下肢康复机器人工作性能出发，为了实现患者腿与机器人助行腿机构结合在一起时的柔顺可控运动，以及提升患者对康复训练的主动参与度，需要重点研究患者（人）和机器人助行腿机构（机）的耦合动力学问题、人-机耦合传感信息测量和分析技术、以及"患者主动"的机器人助行腿控制技术。研究结果将为面向医院的下肢康复机器人系统开发准备关键技术基础。

减重步行训练是针对中枢神经系统疾病（如脊髓损伤）引起的下肢步行能力受损患者进行步态康复训练的有效手段。用机器人技术进行下肢减重步行训练代替人工减重步行训练有利于增加训练时间、提高康复效果和减少医生工作强度。本课题研究了步态特征参数数据的数学建模方法、人机耦合的运动学和动力学建模方法、机器人柔顺运动控制方法及患者主动控制的方法；研究开发了基于力传感器和表面肌电信号检测患者运动意图的检测技术和装置，人与跑步机相互作用力检测的方法和装置。在此基础上研究完成了下肢康复机器人机构的优化设计和患者主动控制技术。实验结果验证了设计的下肢外骨骼助行腿机构的合理性和患者主动控制技术的可行性。研究结果将为面向医院的下肢康复机器人系统开发准备关键技术基础。