液压下肢辅助支撑机理分析及应用基础研究

下肢辅助支撑机构具有适应环境能力强，负重大等优点，在单兵作战和抢险救灾等方面具有很好的应用前景，目前的研究大都以电机为驱动元件，且对穿戴者的运动跟踪、适应度考虑较少，很难实现大负重支撑和使用者无干涉感控制。本课题提出了一种基于液压集成一体化技术的下肢辅助支撑机构，分析人体下肢的运动学和动力学特点，选择信息包含量大且易于采集的位置安装相应传感器，设计满足运动自由度和运动空间的液压辅助支撑机构，建立机构的数学模型模型，分析液压控制系统的机理，在实现大驱动力（力矩）的基础上，减轻整体重量，优化结构布置；并通过传感器信息融合、运动步态规划、以及自学习拟人算法的运用实现人在回路的液压下肢辅助支撑机构的主动控制，并进行相应的仿真分析，进而研制出相应的原理样机，通过试验，分析机构自由度、允许运动范围、传感器安装位置和人体运动方式等的相互关系，丰富辅助支撑机构的理论体系，推动辅助支撑技术的发展。

下肢外骨骼作为一种具有典型人机一体化特点的辅助设备，能够广泛应用于军事、医疗及救生等领域。为了弥补采用电机驱动的下肢外骨骼在辅助负重方面的不足，提出一种采用液压动力的下肢外骨骼辅助支撑机构。采用仿生方法进行机械结构设计，进行运动学和动力学的建模分析，并在仿真数据的基础上确定了液压系统参数。针对人在回路的系统特点，设计并完善了对交互运动信息的感知方案以获取操作者的运动意图，提出对摆动相和支撑相进行区分控制的复合控制策略以满足不同相位阶段的控制需求。同时，由于作为驱动单元的阀控非对称缸存在非线性特点，因此分别尝试模糊PID和滑膜变结构方法对其进行控制，以获得最好的轨迹跟踪效果。最终，在所搭建的实物系统平台上进行了初步的实验验证。