辅助老年行走的内穿型柔性助力外骨骼

With advancing age, walking of elderly often becomes an increasingly greater challenge, which may limit activity range and weaken the quality of late life. This project presents a soft exoskeleton than can assist the elderly in restoring walking ability, expanding activity range and motion time. Different from rigid exoskeletons, this project combines characteristics of human walking biomechanics with bionics design, and aims to design a flexible inlier exoskeleton for the elderly. The matching walking control method and personalized bio-mechatronic characteristic of individual will be studied. We will develop the soft lower limb exoskeleton and augment reality integration platform, in order to improve the matching problem between exoskeletons and humans. This project may benefit tens of millions of people with walking disabilities, and has important social significance and application prospects.

随着年龄增长，老年人的行走能力逐渐下降，活动范围受限，严重影响晚年生活质量。本项目提出一种辅助老年行走的内穿型柔性助力外骨，来恢复老年人的行走能力、扩大活动范围、延长运动年限。与传统刚性外骨骼不同，项目拟结合人体行走生物力学特性、从仿生学角度设计新型柔性助力外骨骼，并研究与之匹配的行走助力控制方法；建立适合个体运动特征的个性化生机电协同控制原理，开发下肢外骨骼机器人与增强现实集成平台，以提高外骨骼领域的亟需解决的人机共容性难题。本项目的研究成果有望使得数以千万有行走能力障碍的人士受益，具有重要的社会意义和应用前景。

随着年龄增长，老年人的行走能力逐渐下降，活动范围受限，严重影响晚年生活质量。本项目旨在研制一种辅助老年行走的内穿型柔性助力外骨骼，为老年人提供高效自然的行走助力。本项目针对下肢运动模式基元提取与行走生物力学分析、柔性外骨骼系统设计、基于“生-机-电”信息融合的柔性外骨骼的运动意图识别、柔性外骨骼的自适应助力控制策略、基于增强现实的自主导航与服务平台等方向进行了深入研究，并取得了以下研究成果：发现并提取了人体下肢共性运动基元，建立了典型环境下常见步态的运动学模型；建立了髋关节、膝关节等人体下肢模型；设计了膝关节柔性助力外骨骼、踝关节助力外骨骼、膝踝分时助力柔性外骨骼等多款柔性助力外骨骼；提出了可用于外骨骼助力的环境识别方法以及多传感器融合的人体运动意图预测方法；设计了踝关节、膝关节助力控制曲线，优化了助力起始时刻和峰值时刻，提高了助力能效；开发了基于人在回路的踝关节柔性外骨骼优化控制系统；提出了日常环境中虚拟人物运动规划与常见步态生成实时算法；开发了面向老年人日常生活的增强现实服务平台。本项目研究成果为老年人辅助运动装置的设计制造提供了理论基础，具有重要的科学意义和应用前景。