步行助力机器人与使用者通过束带紧密结合在一起,形成一个高度自动化的人-机一体化系统。 此系统要实时地获得使用者的运动信息。 用于运动信息采集的典型传感器有:sEMG(表面肌电传感器)、肌肉压力传感器及关节角度传感器等。
研究中,考虑对应于人体三维运动在装置和人体间适当地配置测力点,根据各测力点感受到的人体运动时的多维力导向信息,以及事先设定的参考值,判断下一刻动作是屈或伸,完成由人-机交互信息到使用者运动意图的推理,这样就不同于通过捆绑于人体上的肌电传感器及角度仪用于检测人体运动信息的方法。 4 仿小腿肌肉功能模型的下肢助力机器人控制分析
英国著名生理学家希尔(Hill A V)提出了一个由三个元素组成的肌肉结构力学模型,又称三元素模型,用此反应肌肉的功能。 随着对人体结构逐步深入的认识,不同的模型及分析方法被提出。
人体运动系统是由骨骼和固着在骨上的肌肉组成的,肌肉的收缩和舒张牵动骨骼,使人体能够进行各种运动。 由于人体结构和功能的特殊性和复杂性,将人体下肢作适当简化及必要的假设后,对人体下肢建立其功能模型,图 4 为下肢的小腿部分骨-肌肉功能模型。 这里,骨骼简化为棍状结构体,肌肉简化为由弹簧-阻尼组成的阻抗模型。 其中: k 和 c 分别表示弹性系数和阻尼系数,并忽略了由摩擦力和机械传动阻力引起的未知干扰,模型的运动方程为: