通过主动踝关节补偿实现外骨骼的稳定

本文提出了一种用于全驱动下肢外骨骼的主动稳定方法。该方法在由法国初创公司 Wandercraft 设计并制造的外骨骼 ATALANTE 上进行了测试。本文的主要目标是提出一种通过主动踝关节补偿在硬件上实现更稳健行走的实用方法。标称步态通过混合零动态框架生成。踝关节被单独控制以实现三个主要指令:(1) 保持非支撑脚平行于地面,(2) 维持支撑脚与地面之间的刚性接触,(3) 闭合骨盆朝向的环路以实现更好的跟踪。该方法的各个独立组件被分别展示以说明每个组件对稳定性的贡献。结果表明,当外骨骼单腿平衡时,踝关节控制器能够在矢状面内实验性地维持静态平衡,即便受到扰动。随后整个踝关节控制器也在无拐杖动态行走上得到演示。测试期间,一个解剖学正确的人体模型被放置于外骨骼中,代替截瘫患者。结果显示当使用踝关节补偿时,外骨骼-人体模型系统的骨盆俯仰能更好地跟踪步态轨迹。总体而言,主动踝关节补偿在实验上被证明改善了外骨骼人体模型系统在矢状面的平衡,并指向一种用于稳定行走的改进实用方法。