DOI:10．3969/j．issn．2095－509X．2023．02．003穿戴式髋部外骨骼机构创成及辅助行走平衡控制研究冯凯祥，张庭(苏州大学机电工程学院，江苏苏州215137)摘要:针对老年人在水平地面行走过程中失衡的难题，提出了一种柔性关节驱动的四自由度髋部外骨骼机器人，以辅助老年人在行走过程中实时调节步宽、步长和步频以保持行走平衡。对髋部外骨骼辅助行走平衡控制策略进行研究，根据建立的线性倒立摆模型解算人体行走时的质心位移和速度。基于瞬时捕获点理论设计辅助行走平衡控制策略。通过人体实验验证了所设计的髋部外骨骼和辅助行走平衡控制策略的有效性。关键词:髋部外骨骼;辅助行走;平衡控制中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:2095－509X(2023)02－0014－06跌倒已经成为威胁老年人健康的重要因素，30%～40%的社区老人和50%的疗养院老人会受到跌倒的影响［1］，每年65岁以上的老人中有30%～40%至少跌倒1次、15%至少跌倒2次［2－3］，20%～30%跌倒的老人会因受伤严重而需要住院治疗，甚至会有生命危险［4］。由于老年人随着年龄的增长，自身的生理机能开始衰退，导致一些老年人出现平衡能力差、下肢肌肉无力、反应变慢等问题，进而引发跌倒等问题，造成老年人发生事故伤害。随着生活水平的提升，防滑措施和生活环境的改善使得滑倒和绊倒的概率大大降低，但是由于平衡能力和肌肉力量的减弱，老年人在水平地面行走时依然面临着跌倒的风险。众多的助行器、下肢外骨骼机器人在老年人生活中发挥着巨大的作用，然而现有的助行器和下肢外骨骼机器人存在体积大而笨重、人机交互性能差、功能有限等缺点，而髋部助老外骨骼机器人以其功能灵活和轻巧便携的特点，已在老年人助行方面崭露头角［5－6］。近几年，一些针对偏瘫等患者具有自主平衡能力的下肢外骨骼机器人被广泛关注，该类外骨骼机器人配置多个主动自由度，比较笨重，且大多采用位置控制方法调整质心和落脚点位置保持行走平衡，平衡控制靠外骨骼机器人自身保持，穿戴者不参与平衡控制过程。例如，代尔夫特理工大学研制了一款具有髋关节屈伸、内旋、外展和膝关节屈伸主动自由度的下肢外骨骼机器人MINDWALK-EＲ［7］，基于外推质心(extrapolatedcenterofmass，XCoM)算法设计平衡辅助控制策略，在超出预设的平衡阈值时通过位置控制实现步宽调整以保持行走平衡。下肢外骨骼机器人Atalante基于混合零动态(hybridzerodynamics，HZD)算法设计了平衡控制策略［8］。外骨骼机器人EMY－Balance基于捕获点(capt...
