一种用于稳定行走的步态偏差矫正方法：基于可穿戴自平衡外骨骼机器人的技术案例报告

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：A Gait Deviation Correction Method for Stable Walking With a Wearable Self-Balancing Exoskeleton Robot: A Technical Case Report

　　

摘要：

本研究指出，在自平衡下肢外骨骼（SBLLER）中忽略支撑脚的偏航方向旋转摩擦力矩会导致步态轨迹偏离。然而，传统的动量补偿策略并不适用于这种为运动功能障碍患者设计的无腰部外骨骼。因此，本文提出了一种多层次稳定行走控制方法，以减少偏航轴的偏差并确保人机外骨骼系统行走时的稳定性。首先，采用基于汽车-平台的模型预测控制（MPC）方法生成基本稳定的步态轨迹；其次，设计角动量控制器作为MPC的补充，以提高人机外骨骼系统在俯仰和偏航方向上的稳定性；然后进行对比实验，验证该多层次稳定行走控制方法在平地行走以及承载具有不同身体特征参数的用户时的优缺点。该方法在四名健康受试者和一名中风患者身上使用AutoLEE-G3 SBLLER进行了探索性实验。结果表明，该方法在减少运动过程中的偏航轴偏差、提高系统稳定性以及在特定动态载荷条件下实现稳健稳定行走方面是可行且有效的。