机械工程学报

作者：张雷雨, 叶土仙, 高翔, 张斐然, 李剑锋, 苏鹏

单位：1. 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室 北京 100124;2. 武汉第二船舶设计研究所 武汉 430064;3. 北京信息科技大学机电工程学院 北京 100192

关键词：柔性外骨骼,踝关节助力,迭代学习控制,肌电信号,性能评估；

基金：北京市自然科学基金（3202003，19L2018）、国家重点研发计（2018YFB1307004）和国家自然科学基金（52005045）资助项目。

随着国防装备发展及人口老龄化加剧，战场士兵、部队后勤及老年人口等对下肢柔性外骨骼的需求急剧升高，进而研制了穿戴性好、人机相容性高、助力性能优的便携式踝助力外衣系统。基于踝关节生理特征与人体下肢参数，对踝助力外衣本体和驱动单元进行工效学设计和实物研制，并将驱动单元放置于腰部，尽可能降低小腿和足部的附加质量。基于踝关节生物力矩特征，建立期望辅助力模型，采用实验测量的办法，获得助力外衣及局部软组织的系统刚度，将期望辅助力模型转换为驱动单元的位移模型。基于人体下肢步态的周期性，设计以迭代学习控制算法为核心的控制器，通过迭代学习历史时刻的输出误差，对期望辅助力模型进行不断追踪。为评估助力外衣的助力效果，通过测量穿戴者的跖屈肌肉群肌电信号，分析肌肉激活程度和疲劳变化：在踝助力外衣的辅助下，不同行走速度的肌肉激活程度均明显下降，以腓肠肌外侧变化最为显著，腓肠肌内侧肌肉激活程度平均下降了9.62%±1.12%；平均功率频率和中位频率的变化斜率绝对值均得到一定程度的下降，肌肉疲劳速率下降、疲劳程度降低，进而下肢行走耐力增强。

来源：2023年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

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