下肢柔性助力外衣的工效学设计与步态预测

摘要

为增强人体的下肢运动机能,研制一套柔性功能外衣,作为助力系统的末端执行元件包覆于人体下肢,对髋关节的前屈动作助力,并研发基于力位混合控制的外接驱动系统,初步完成下肢柔性助力外衣系统样机的搭建.在此基础上,提出以IMU为主导的自适应步态检测算法,检测频率自适应于人体运动速度,实现步态信息的高效检测,并以检测信息为基础,提出"牛顿+三次指数平滑"预测算法,实时预测人体下肢动作.研究结果表明:功能外衣具有较高的刚度和良好的穿戴舒适性,符合功能外衣的设计要求;"牛顿+三次指数平滑"预测算法可实时预测50 ms之后的髋关节角度,预测过程稳定,在人体行走过程中,预测曲线平滑性较好,精度较高,可满足助力系统的步态预测要求,为下肢助力研究提供依据.