1 引言

　　可穿戴型下肢助力機器人是輔助型康復機器人的一種，是一種幫助人們擴展下肢運動能力的助力裝置，其基本原理是在基于人體運動行為意識信息的基礎上，由安裝在腿部關節（髖關節及膝關節）處的伺服電機驅動關節運動，通過各關節角度、速度值的改變來達到與人體腿部的協調運動并提供助力，降低人在負重或長時間行走情況下的運動強度，對那些有異樣運動行為的人提供治療和矯形，與人體組成了一個協調而且完美的整體。
?????? 目前，世界上大約有10余家實驗室從事可穿戴型人體助力機器人的研究，其中日本和美國走在前列，國內尚未見相關報道。日本筑波大學（Tsukuba University）在2002年研制開發了機器人裝混合助力腿（hyhrid assis-tive limb，HAL），機械外骨骼綁縛在人腿的兩側，利用貼在腿部皮膚上的EMG傳感器檢測肌肉的電流，控制電動馬達驅動機械外骨骼運動以輔助腿部的動作。美國加州大學伯克利分校機器人和人體工程實驗室研制出美軍“伯克利下肢外骨骼”（Berkeley lower extremity exoskeleton， BLE-EX），由背包式外架、金屬腿及相應的液壓驅動設備組成，機械系統采用了與類人形結構相似的設計，背包式外架能夠使操縱者攜帶一定載荷，其有效作用力不經過穿戴者而直接經由外骨骼傳至地面。下肢外骨骼能夠攜帶外部負載和自身的重量（包括操縱者的重量）在崎嶇路面遠距離行走，能使帶有全副武裝的士兵增強負重能力和提高行軍速度。然而上述裝置存在著共同的缺點，由于肌電傳感器是根據肌肉活動時皮膚表面傳送的微弱電流信號或肌肉的軟硬程度來推斷人的行為意識，導致所采用的大部分傳感器要與人體肌膚直接接觸并粘貼在肌膚上，需要特別的固定裝置，這樣直接導致穿戴上的不便;人體分泌的汗液、傳感器安裝的好壞等將影響所獲取信息的穩定與準確性，而且信息量大而復雜，易受干擾，從而使控制難度加大。因此，本文設計一種新型的可穿戴型下肢助力機器人感知系統，該系統用于獲取人體下肢和機器人外骨骼之間的接觸力，利用這些力信息和關節角度信息控制機器人外骨骼以實現對人體下肢運動的助力。

　　2 助力機器人系統

　　可穿戴型下肢助力機器人主要由機械、傳感和控制三大部分組成。機器人外骨架包含12個自由度，每只腿有6個自由度，髖關節包含3個自由度，膝關節、踝關節和腳底各包含1個自由度，該設計要求不僅符合以往的擬人機器人行走機構的設計要求，又達到與人體腿部運動相協調、互不產生運動干涉的設計要求，如圖 1所示。

　　執行部分主要指直流伺服電機，該系統需要4個，它們分別固定在兩腿髖關節和膝關節上。可穿戴型下肢助力機器人控制系統主要采用PC104嵌入式控制系統板和PC104CAN卡，整個系統的控制結構見圖2。