带有柔性执行器的髋-膝-踝康复外骨骼：从人机交互控制到临床评估

《IEEE Transactions on Robotics》：Hip–Knee–Ankle Rehabilitation Exoskeleton With Compliant Actuators: From Human–Robot Interaction Control to Clinical Evaluation

康复外骨骼机械设计与控制方法研究。提出六自由度串联弹性执行器驱动的双下肢外骨骼系统，创新性融合闭环控制架构与多模板步态生成策略，解决偏瘫患者异质化步态适配难题。通过健康人与偏瘫患者对照实验验证，系统实现机械透明度达92.3%，步态协调性提升37.6%。

　　

摘要：

尽管康复外骨骼已经得到了广泛的研究，但针对偏瘫患者异质性双侧运动问题的系统化设计原则仍然知之甚少。在本文中，开发了一种由串联弹性执行器（SEAs）驱动的多关节下肢外骨骼，并系统地探讨了专为偏瘫患者设计的康复机器人的设计理念。该外骨骼为双下肢配备了六个动力关节，采用髋-膝-踝配置，每个关节都集成了一种定制的轻量化SEA模块。为此外骨骼辅助行走设计了一个统一的、以交互为导向的控制框架，包括步态生成、任务调度和高级关节级控制功能。这种闭环设计为解决偏瘫康复需求提供了系统的解决方案，并为双下肢提供了行走辅助。此外，提出了一种多模板步态生成方法，以应对外骨骼辅助行走引起的运动学变化，并以迭代方式增强外骨骼对患者特定运动学差异的适应性。通过健康个体和偏瘫患者的实验验证了该外骨骼系统的有效性。临床结果表明，该外骨骼能够实现机械透明性，促进运动，并实现双下肢的协调运动，从而辅助行走。

引言

康复外骨骼在帮助神经系统受损（如中风后遗症）患者进行运动训练和日常生活活动方面展现了巨大潜力[1]、[2]、[3]。然而，在偏瘫康复领域，这类外骨骼的设计原则和控制策略仍然是一些关键且未解决的问题，需要采取系统化的方法来应对相关关节配置、驱动原理和辅助策略所带来的挑战。