在外骨骼研究中，一個合適的人機耦合模型非常重要，它可以幫助預測外骨骼系統(tǒng)直接作用于人體產(chǎn)生的影響，避免不必要的傷害和能量損失，同時也有助于優(yōu)化外骨骼系統(tǒng)的設計和控制，提高其佩戴的舒適性和人機交互性。
華南理工大學研究團隊提出一種新型人體外骨骼機器人的單元化建模方法，通過動力學實驗驗證了模型運動學計算的準確性，并將模型應用到外骨骼機器人的設計和控制優(yōu)化中，設計出新的助力被動外骨骼系統(tǒng)，也能有助于優(yōu)化機電外骨骼的控制曲線。
動力學實驗
使用NOKOV度量光學動作捕捉系統(tǒng)，獲得各單元上各個點的位置\速度\加速等數(shù)據(jù)，輸入模型中計算出步態(tài)行走時雙支撐階段的步態(tài)數(shù)據(jù)，以及對地面的反作用力數(shù)據(jù)。同時也利用測力板獲取兩腳觸地時的數(shù)據(jù)。將模型計算出來的數(shù)據(jù)與測力板獲取的數(shù)據(jù)進行對比，間接驗證了模型運動學計算的準確性。
外骨骼機器人的設計和控制優(yōu)化
模型理論建立后，基于模型對下肢外骨骼機器人進行了優(yōu)化設計，設計出一套被動多協(xié)同外骨骼實驗樣機。通過代謝實驗，驗證人體佩戴外骨骼后是否能有效減少能耗。實驗結果表明，被動多協(xié)同外骨骼工作時相比不工作時人體代謝平均降低了4.40%。驗證了被動外骨骼設計的有效性。
在模型的指導下，還進行了機電外骨骼輸出力的優(yōu)化實驗。通過向髖關節(jié)機電外骨骼機器人輸入控制曲線，對比判定輸出力曲線是否能幫助人體減少能耗。實驗表明髖關節(jié)機電外骨骼使能狀態(tài)相對于失能狀態(tài)人體代謝平均降低了1.38%。
