双关节刚性动力外骨骼

单驱动协同助力膝踝

一种同时辅助膝关节和踝关节的外骨骼机器人，通过双关节结构设计，用单个驱动器实现两个关节的协同助力，有效简化系统并提升用户舒适度。

Chen, Tianchi · 刘智 · Chaoyang, Li · 陈小安 · 胡建军 · Jiaxun, Wu · 合烨

IEEE Robotics and Automation Letters 2025

参数信息

腓肠肌激活降低（上楼梯）

63.4 %

代谢成本降低（上楼梯）

11.6 %

技术优势

单驱动器驱动两关节

双关节结构通过单个驱动器同时提供膝踝助力，减少驱动器数量，简化系统、降低重量和能耗。

上楼梯肌肉负担大减

在上楼梯时，腓肠肌激活最多降低63.4%，减轻小腿肌肉负担，提升攀登耐力。

控制策略分层清晰

分层控制框架结合步态分割、阻抗力矩生成和重力/摩擦补偿，提供相位特定的助力。

应用场景

• 下肢康复训练：为下肢功能重建的患者提供上楼梯和步行的主动助力，减轻肌肉负担。
• 人体运动增强：降低行走能耗，帮助士兵或搬运工人在高负荷移动中保持耐力。
• 人形机器人关节模块：单驱动器跨关节驱动方案可简化人形机器人关节结构，减少冗余和重量。
• 医疗机器人动力系统：为康复机器人提供紧凑高效的动力源，实现膝踝协同辅助。
• 软体外骨骼驱动：其分层控制与单驱动架构可迁移至柔性外骨骼的多关节驱动。