以舒适为中心的轻量可反向驱动膝关节外骨骼设计

本文提出以舒适为中心的可穿戴机器人设计原则及其在轻量可反向驱动膝关节外骨骼中的应用。不适的缓解被视为机械设计与控制问题，本文提出三种解决方案：1）一种新的可穿戴结构优化绑带附着配置与套装布局，以改善传统可穿戴结构设计中过大的剪切力；2）滚动膝关节与双铰链机构分别降低矢状面与额状面的错位，且不增加机械复杂度与惯性；3）低阻抗机械传动降低致动器反射至人的惯性与阻尼，从而外骨骼具有高度反向驱动性。运动学仿真表明，机器人关节与膝关节间的错位在最大膝关节屈曲时可减少 74%。实验中，外骨骼在无力模式下的阻力矩均方根（RMS）为 1.03 Nm。力矩控制实验在三名人体受试者中展现出 0.31 Nm RMS 力矩跟踪误差。