第３６卷第１期２０２３年０２月青岛大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＱＩＮＧＤＡＯＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２３文章编号：１００６－１０３７（２０２３）０１－００５４－０６ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－１０３７．２０２３．０１．０９利用惯性传感器数据实时示教下肢外骨骼步态的研究田启磊，王钰（青岛大学机电工程学院，青岛２６６０７１）摘要：为实时、灵活和方便地示教下肢外骨骼机器人的步态，提出利用惯性传感器实时示教步态的方法。通过示教者下肢末端的传感器，实时采集脚掌的位姿数据，再根据逆向运动学理论建立下肢各关节角的算法，从而实现每条下肢只需一只传感器即可示教步态的要求。通过安放在小腿和大腿上的其他惯性传感器实测的数据，验证该方法可行性。研究结果表明，该方法时间滞后０．１５ｓ，关节最大误差在２°范围内，能够实现步态的实时示教控制。关键词：下肢外骨骼；步态示教；动捕系统；惯性传感器中图分类号：ＴＰ２４文献标志码：Ａ收稿日期：２０２２－０６－１７基金项目：山东省科技发展计划项目（批准号：４０２１４０１００７５）资助。通信作者：王钰，男，副教授，主要研究的方向为康复机器人与打磨机器人。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｗａｎｇ＠ｑｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ借助下肢外骨骼机器人康复卒中后偏瘫患者的肢体功能，是康复机器人领域研究的热点之一［１－２］，而机器人步态的示教与控制，则是其中的一个研究重点。目前下肢外骨骼机器人的步态生成方法主要有以下几种：１）拖拽方式，通过位置控制牵引患者进行重复的康复训练［３－４］，但劳动强度高，灵活性差，没有实时性；２）力控方式，通过多个传感器直接测量由人体肌肉收缩而产生的力［５－６］，或者建立人机动力学模型估计穿戴者的运动意图［７－１１］，根据患者的运动能力调节机器人辅助力矩，完成对下肢外骨骼步态的控制，这种方法穿戴不便，操作复杂，同样缺少灵活性与实时性；３）生物电方式，通过采集运动过程中产生的生物信号判断患者运动意图，从而实现对下肢外骨骼的控制［１２－１４］，缺点是成本高，信号易受干扰，控制鲁棒性差；４）光学动捕方式，通过光学传感器采集人体步态运动特征点，与人体数据库比对优化后作为机器人末端控制器的数据输入，从而控制机器人运动［１５］，但成本高，空间占用大，受环境因素影响大，无...
