外骨骼機(jī)器人的研究可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代，最初的研究目的主要是用于提高士兵的背負(fù)承載能力，隨著機(jī)器人技術(shù)和生物檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，外骨骼機(jī)器人的研究取得了飛躍性突破?；诓煌饔脤?duì)象，大致可以將其分為三類：增強(qiáng)健康人群自身機(jī)能的人類增強(qiáng)型外骨骼，如BLEEX（Berkeley lower extremity exoskeleton）；下肢運(yùn)動(dòng)能力受損患者康復(fù)治療的步態(tài)康復(fù)型外骨骼，如 ReWalk；輔助殘疾人或老年人站立或行走的輔助型外骨骼，如 HAL（hybrid assistive leg）。

基于不同目的和作用對(duì)象，外骨骼機(jī)器人通過采用不同控制策略，并利用信息采集模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穿戴者運(yùn)動(dòng)信息及人機(jī)交互信息，以保證運(yùn)動(dòng)的正確性和穿戴者的適宜性。同時(shí)，通過對(duì)外骨骼進(jìn)行精確控制可以有效避免對(duì)患者造成二次傷害，因此開展外骨骼機(jī)器人控制策略的研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　1 下肢外骨骼機(jī)器人控制策略

　　根據(jù)控制參數(shù)的不同，外骨骼控制類型可分為基于位置的控制、基于力信息的人機(jī)交互控制、基于生物電信號(hào)的人機(jī)交互控制和智能控制。其中，基于位置的控制策略可分為軌跡跟蹤控制、骨盆控制；基于力信息的人機(jī)交互控制策略可分為阻抗控制、力/ 位混合控制、靈敏度放大控制、零力矩點(diǎn)控制、地面反作用力控制 ；基于生物電信號(hào)的人機(jī)交互控制策略可分為肌電控制、腦電控制；智能控制策略分為模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。其特點(diǎn)和應(yīng)用如表1所示。

　　1.1 基于位置的控制

　　基于位置的控制類型根據(jù)正常人體關(guān)節(jié)位移軌跡，規(guī)劃外骨骼運(yùn)動(dòng)軌跡，其控制策略又可分為軌跡跟蹤控制和骨盆控制。

　　1.1.1 軌跡跟蹤控制策略是指外骨骼帶動(dòng)患肢沿預(yù)先規(guī)劃的軌跡進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練，其原理如圖1所示。瑞士Lokomat 康復(fù)機(jī)器人采用軌跡跟蹤控制，預(yù)先設(shè)定期望運(yùn)動(dòng)軌跡，通過控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度和角速度，實(shí)現(xiàn)患者的康復(fù)訓(xùn)練。意大利的臥式步態(tài)康復(fù)機(jī)器人［7］ 通過規(guī)劃特定軌跡的腿部運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)患者患肢在矢狀面沿期望軌跡運(yùn)動(dòng)，以模擬人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)。韓國慶熙大學(xué)研制的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)在采用軌跡跟蹤控制的基礎(chǔ)上，在腳踏板上安裝壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者在訓(xùn)練時(shí)的足底壓力，評(píng)定康復(fù)效果 。日本筑波大學(xué)研制的步態(tài)康復(fù)機(jī)器人根據(jù)預(yù)先制定好的步態(tài)軌跡，帶動(dòng)患者患肢做上樓梯運(yùn)動(dòng)。哈爾濱工程大學(xué)研制的減重式步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人和站立式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)也是采用軌跡跟蹤控制幫助患者模擬正常人行走訓(xùn)練。太原理工大學(xué)張政等 結(jié)合傳統(tǒng) PID 控制算法，設(shè)計(jì)了 bangbang-PD 軌跡跟蹤控制算法。