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【上海大学】新型混联下肢外骨骼的设计与开发

随着社会的不断发展,我国面临着日益严重的人口老龄化问题和数量庞大的残疾人群问题。截止到2014年底,我国60岁以上老龄人口已达 2.12 亿。根据第六次全国人口普查和第二次全国残疾人抽样调查的结果推算,2010年末我国残疾人总人数为8502万人,其中肢体残疾2472万人。下肢外骨骼是一种可穿戴的人机一体化机械装置,将人的智力和机器人的“体力”完美地结合在一起,在医疗康复和助力等方面具有广泛的应用前景。团队技术成熟,目前寻求横向技术开发,以及纵向省市、地区的专项申报。

#生物医药
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项目简介

下肢外骨骼是一种可穿戴的人机一体化机械装置,可重建和增强穿戴者的下肢运动能力,在助老助残、医疗康复和军事救灾等领域具有广泛的应用前景。下肢外骨骼本体通过一系列环节和人体耦合在一起。作为以人为中心的人机协同系统,下肢外骨骼的首要任务是与人体协同运动并实现助力功能。当下肢外骨骼与人体运动不同步时,将对穿戴者的运动产生干扰。

由人体下肢运动机理分析可知,人体下肢单腿共有8个自由度:髋关节3个,膝关节两个,踝关节3个。人体下肢行走过程中,髋关节、膝关节以及踝关节在矢状面的屈-伸自由度是必不可少的,外展-内收自由度主要起保持运动平衡的作用,内旋-外旋自由度主要用于转向和提高人机运动的协调性。故设计下肢外骨骼机器人时,矢状面的3自由度是必不可少的,因此,本文设计的下肢外骨骼在矢状面内具有6个自由度,单腿髋、膝、踝关节各有1个自由度,其中髋关节和膝关节为主动自由度,踝关节为被动自由度。通过背带完成下肢外骨骼与人体的耦合,同时外骨骼与人体腰部及大小腿之间通过绑带进行连接。设计的腰围调节器、大小腿杆长调节器可调节下肢外骨骼本体的结构参数,以适应不同身高和体重的穿戴者。设计的下肢外骨骼总体结构如图1所示。其主要的部件包括:背部板、腰部板、髋关节和膝关节执行器、踝关节弹簧执行器、大腿杆和小腿杆等。


专利情况

任彬,王耀. 基于自适应在线学习的上肢康复机器人控制方法.(发明专利,申请号:201910921845.7)

任彬, 罗序荣. 桥式起重机起升系统的机械-液压耦合建模方法. (发明专利,申请号:201910382418.6)

任彬, 罗序荣. 基于混联机构的仿人型下肢外骨骼构型方法. (发明专利,申请号:201910433209.X)

任彬, 罗序荣. 基于自适应迭代学习的外骨骼单腿协同控制方法. (发明专利,申请号:201910396222.2)

任彬, 罗序荣. 基于RBF神经网络的踝关节步态预测方法. (发明专利,申请号:201910437364.9)

任彬, 王耀. 基于人机协作系统的新型鲁棒有限时间轨迹控制方法. (发明专利,申请号:202010902654.9)

任彬, 王耀. 基于有限时间跟踪控制的协作机器人控制方法. (发明专利,申请号: 202010901676.3)

任彬, 王耀. 基于自适应神经网络滑模控制的多关节机器人控制方法. (发明专利,申请号:202010901796.3)

任彬, 潘韫杰. 基于时频共融的多通道脑电信号通道选择方法. (发明专利,申请号:202011243788.0)

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