CN112603776B - 基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器及其控制方法。电机直驱与液压驱动的外骨骼辅助器容易使患者二次受伤。本发明包括大腿外辅助支撑板、大腿内辅助支撑板、膝关节辅助支撑板、踏板、膝关节牵引绳、髋关节牵引绳、髋关节线轮Ⅰ、髋关节线轮Ⅱ、膝关节滑轮、髋关节绑缚件、膝关节绑缚件和膝关节牵引轮；驱动机构经髋关节牵引绳驱动大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板，经膝关节牵引绳驱动膝关节辅助支撑板。本发明实时监测下肢的肌电信号、角度信号和足底压力信号，保障了人机交互功能；采取牵引绳驱动下肢，具有柔顺性好的特点，避免因电机启停产生的瞬时力矩对病患产生二次伤害。

Description

基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器

技术领域

本发明属于医疗卫生器械领域，具体涉及一种基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器及其控制方法。

背景技术

半主动下肢外骨骼辅助器是融合传感、控制、信息、移动计算，能够通过机器引导肢体做各种指定的重复性康复训练的辅助装置。近年来半主动下肢外骨骼辅助器得到了迅速发展，在医疗卫生领域普遍推广。该辅助器可以帮助整个医疗体系空出大部分人力资源，分配给其他医疗领域。此外下肢外骨骼辅助器可以和患者通过人-机-人信息转达实现高度的统一，康复训练过程中外骨骼辅助器就发挥了显著的优势。但目前传统的下肢外骨骼辅助器大多是由各种刚性驱动机构组成，每个关节都具备独立的驱动单元，体积大、重量大、不便携带，还有可能因为人机系统学/动力学的不同反而阻碍患者获得正常的行走步态。并且外骨骼辅助器普遍采用电机直驱与液压驱动的方式，瞬间产生的超大力矩可能使患者二次受伤，导致人体的舒适度和安全性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器及其控制方法，摒弃传统电机直接驱动的形式，采取电机间接带动滑轮组驱动，绳轮组合不会在人体下肢部分产生过大的力矩，以防止对人体组织产生二次伤害，可以满足患者康复训练完整性和舒适性的要求。

本发明基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器，包括下肢行走装置、驱动机构、腰带和运动传感装置；所述的下肢行走装置包括大腿外辅助支撑板、大腿内辅助支撑板、膝关节辅助支撑板、踏板、膝关节牵引绳、髋关节牵引绳、髋关节线轮Ⅰ、髋关节线轮II、膝关节滑轮、髋关节绑缚件、膝关节绑缚件和膝关节牵引轮；大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板的上端通过上枢轴固定，下端通过下枢轴固定；所述的髋关节滑轮Ⅰ和髋关节滑轮II 均固定在上枢轴上；膝关节滑轮与支撑轴构成转动副；两个膝关节牵引轮固定在支撑轴两端，且两个膝关节牵引轮与大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板开设的滑轮槽分别构成圆柱副；髋关节牵引绳绕制在髋关节线轮Ⅰ上，一端与髋关节线轮Ⅰ固定，另一端由驱动机构驱动；膝关节牵引绳绕过膝关节滑轮，且一端固定在髋关节线轮II上，另一端由驱动机构驱动；所述膝关节辅助支撑板的顶端与膝关节牵引轮固定，底端与踏板固定；大腿内辅助支撑板上固定有髋关节绑缚件，膝关节辅助支撑板上固定有膝关节绑缚件。所述的下肢行走装置设有两个，两个下肢行走装置的大腿内辅助支撑板相对设置，两个下肢行走装置共用一个驱动机构；驱动机构上固定有腰带。

所述的运动传感装置包括肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器；各下肢行走装置中，其中一个膝关节牵引轮的端面固定有一个角度传感器，角度传感器检测膝关节滑轮的转角信号；两个下肢行走装置的踏板顶面均固定一个足底压力传感器；所述的肌电图传感器共两组，每组有六个；肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器的信号输出端均接控制器。

所述的驱动机构包括膝关节输出电机、电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ、髋关节输出电机和外壳；所述髋关节输出电机和膝关节输出电机的壳体均通过电机座固定在外壳内；髋关节输出电机和膝关节输出电机均设有两根输出轴；髋关节输出电机的每根输出轴与一根转轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅱ连接，膝关节输出电机的每根输出轴与一根转轴Ⅰ通过电磁离合器Ⅰ连接；转轴Ⅰ和转轴Ⅱ均与外壳构成转动副；两根转轴Ⅱ与两个下肢行走装置的髋关节牵引绳分别固定；两根转轴Ⅰ与两个下肢行走装置的膝关节牵引绳分别固定；电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ、髋关节输出电机和膝关节输出电机均由控制器控制。

髋关节输出电机和膝关节输出电机的扭矩设计如下：

当人体大腿绑缚在髋关节绑缚件上，人体小腿绑缚在膝关节绑缚件上，且髋关节输出电机和膝关节输出电机转动时，大腿位置的动能K_A和大腿位置的重力势能P_A计算如下：

其中，m_A为大腿外辅助支撑板、上枢轴、大腿内辅助支撑板、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ、髋关节线轮II和人体大腿的质量和，θ₁为大腿外辅助支撑板与竖直线的夹角，

为θ₁对时间的一次导数，L_A为大腿外辅助支撑板、上枢轴、大腿内辅助支撑板、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ和髋关节线轮II构成的组件质心到上枢轴的距离，g为重力加速度；

小腿位置的动能K_B和小腿位置的重力势能P_B计算如下：

其中，m_B为膝关节滑轮、支撑轴、两个膝关节牵引轮、膝关节辅助支撑板和人体小腿的质量和；L_B为膝关节滑轮、支撑轴、两个膝关节牵引轮和膝关节辅助支撑板构成的组件质心到支撑轴的距离，L₁和L₂分别为大腿外辅助支撑板和膝关节辅助支撑板的长度；θ₂为大腿外辅助支撑板与膝关节辅助支撑板的夹角；

为θ₂对时间的一次导数。

则针对下肢行走装置建立拉格朗日函数L如下：

其中，K为下肢行走装置的系统动能，P为下肢行走装置的系统重力势能；

由式(1)得：

则根据预设的θ₁和θ₂随时间的变化规律，计算得到与θ₁值对应的髋关节输出电机施加的扭矩T₁和与θ₂值对应的膝关节输出电机施加的扭矩T₂为：

其中，

为θ₁对时间t的二次导数，

为θ₂对时间的二次导数。

优选地，所述电机座的顶部固定有上盖板；电池固定在上盖板上；髋关节输出电机、膝关节输出电机和控制器均由电池供电。

该基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器的控制方法，具体如下：

步骤一、将腰带绑缚在穿戴者腰部，两个下肢行走装置的髋关节绑缚件分别绑缚在穿戴者的两只大腿上，两个下肢行走装置的膝关节绑缚件分别绑缚在穿戴者的两只小腿上，穿戴者双脚分别踩在两个下肢行走装置的踏板上，一组的六个肌电图传感器分别粘贴在左肢的股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌位置处，另一组的六个肌电图传感器分别粘贴在右肢的股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌位置处。

步骤二、足底压力传感器将检测到的外部压力转化为电信号传送给控制器，各肌电图传感器将检测到的肌电信号传送给控制器，控制器判断穿戴者的起立、坐下、行走、站立意图，根据预设的起立过程、坐下过程、行走过程以及站立状态的θ₁和θ₂随时间的变化规律，控制髋关节输出电机和膝关节输出电机的输出扭矩变化规律，并根据执行起立、坐下、行走或站立动作需要的下肢控制各电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅱ的离合。

步骤三、髋关节输出电机的动力经髋关节牵引绳、髋关节滑轮Ⅰ和上枢轴传递给大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板，从而带动穿戴者的大腿运动；膝关节输出电机的动力经膝关节牵引绳带动膝关节滑轮、支撑轴和膝关节牵引轮运动，使得膝关节牵引轮在滑轮槽内滑动。

步骤四、若控制器判断出足底压力传感器检测到的外部压力与预先采集的下肢处于起立状态、坐下状态、行走过程脚掌落地状态或站立状态时足底压力传感器的外部压力差值小于阈值，且各肌电图传感器检测到的肌电信号与预先采集的下肢处于起立状态、坐下状态、行走过程脚掌落地状态或站立状态时各肌电图传感器的肌电信号差值小于阈值，则除了在行走过程中控制与脚掌落地状态的那个下肢对应的电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅱ分离外，在起立状态、坐下状态或站立状态均控制髋关节输出电机和膝关节输出电机停止转动。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明符合人体工程学的设计原则，下肢行走装置与人体的耦合性得到很好的控制，实时监测下肢的肌电信号、角度信号和足底压力信号保障了人机交互功能。

2、本发明通过牵引绳带动滑轮组代替传统电机驱动，采取牵引绳驱动下肢，大大减少了外骨骼的重量，具有结构紧凑、柔顺性好、成本低廉、安全可靠、操作方便的特点，满足下肢瘫痪患者康复训练完整性和舒适性的要求，可以在一人辅助下完成穿戴，而且避免因电机启停产生的瞬时力矩对病患产生二次伤害。

3、本发明为适应不同的病理人群，可调节大腿外辅助支撑板与竖直线的夹角和大腿外辅助支撑板与膝关节辅助支撑板的夹角运动规律。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的二维结构示意图；

图3为本发明中下肢行走装置的结构立体图；

图4为本发明中下肢行走装置的二维结构示意图；

图5为本发明中驱动机构的结构示意图；

图6为本发明中大腿外辅助支撑板与竖直线的夹角和大腿外辅助支撑板与膝关节辅助支撑板的夹角关系示意图；

图7为人体缝匠肌和股直肌位置的示意图；

图8为人体股薄肌、股二头肌、半腱肌和半膜肌位置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、6和7所示，基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器，包括下肢行走装置6、驱动机构7、腰带8和运动传感装置；如图1、2、3和4所示，下肢行走装置6包括大腿外辅助支撑板1、大腿内辅助支撑板2、膝关节辅助支撑板3、踏板5、膝关节牵引绳10、髋关节牵引绳13、髋关节线轮Ⅰ9、髋关节线轮II12、膝关节滑轮11、髋关节绑缚件14、膝关节绑缚件17和膝关节牵引轮16；大腿外辅助支撑板1和大腿内辅助支撑板2的上端通过上枢轴固定，下端通过下枢轴固定；髋关节滑轮Ⅰ9和髋关节滑轮II12均固定在上枢轴上；膝关节滑轮11与支撑轴构成转动副；两个膝关节牵引轮16固定在支撑轴两端，且两个膝关节牵引轮16与大腿外辅助支撑板1和大腿内辅助支撑板2开设的滑轮槽15分别构成圆柱副(既有滚动又有滑动)；髋关节牵引绳13绕制在髋关节线轮Ⅰ9上，一端与髋关节线轮Ⅰ9固定，另一端由驱动机构驱动；驱动机构的驱动转化为髋关节牵引绳13的绕动实现髋关节的旋转 (大腿外辅助支撑板1和大腿内辅助支撑板2绕上枢轴旋转)；膝关节牵引绳10绕过膝关节滑轮11，且一端固定在髋关节线轮II12上，另一端由驱动机构驱动；驱动机构的驱动转化为膝关节滑轮11在滑轮槽15内的爬升运动；膝关节辅助支撑板3顶端与膝关节牵引轮16固定，底端与踏板5固定；大腿内辅助支撑板2上固定有髋关节绑缚件14，膝关节辅助支撑板3上固定有膝关节绑缚件17。下肢行走装置设有两个，两个下肢行走装置的大腿内辅助支撑板2相对设置，两个下肢行走装置共用一个驱动机构；驱动机构上固定有腰带8。

如图1、6、7和8所示，运动传感装置包括肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器4；各下肢行走装置中，其中一个膝关节牵引轮16的端面固定有一个角度传感器，角度传感器检测膝关节滑轮11的转角信号，从而检测大腿外辅助支撑板1相对膝关节辅助支撑板3的转角信号；两个下肢行走装置的踏板5顶面均固定一个足底压力传感器4，检测人体足部的压力信号；肌电图传感器共两组，每组有六个；使用时，每组的六个肌电图传感器分别放置在一个下肢的股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌位置处，采集运动时的肌电信息；肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器4的信号输出端均接控制器19。

如图5所示，驱动机构7包括膝关节输出电机21、电磁离合器Ⅰ22、电磁离合器Ⅱ23、髋关节输出电机24和外壳25；髋关节输出电机24和膝关节输出电机21的壳体均通过电机座固定在外壳25内；髋关节输出电机24和膝关节输出电机21均设有两根输出轴；髋关节输出电机24的每根输出轴与一根转轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅱ23连接，膝关节输出电机21的每根输出轴与一根转轴Ⅰ通过电磁离合器Ⅰ22连接；转轴Ⅰ和转轴Ⅱ均与外壳25构成转动副；两根转轴Ⅱ与两个下肢行走装置的髋关节牵引绳13分别固定；两根转轴Ⅰ与两个下肢行走装置的膝关节牵引绳10分别固定；电磁离合器Ⅰ22、电磁离合器Ⅱ23、髋关节输出电机24和膝关节输出电机21均由控制器19控制。

作为一个优选实施例，电机座顶部固定有上盖板20；电池18固定在上盖板20上；髋关节输出电机24、膝关节输出电机21和控制器19均由电池20 供电。

如图6所示，髋关节输出电机24和膝关节输出电机21的扭矩设计如下：

当人体大腿绑缚在髋关节绑缚件14上，人体小腿绑缚在膝关节绑缚件17 上，且髋关节输出电机24和膝关节输出电机21转动时，大腿位置的动能K_A和大腿位置的重力势能P_A计算如下：

其中，m_A为大腿外辅助支撑板1、上枢轴、大腿内辅助支撑板2、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ9、髋关节线轮II12和人体大腿的质量和，θ₁为大腿外辅助支撑板1与竖直线的夹角，

为θ₁对时间的一次导数，L_A为大腿外辅助支撑板1、上枢轴、大腿内辅助支撑板2、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ9和髋关节线轮II12构成的组件质心到上枢轴的距离，g为重力加速度；

小腿位置的动能K_B和小腿位置的重力势能P_B计算如下：

其中，m_B为膝关节滑轮11、支撑轴、两个膝关节牵引轮16、膝关节辅助支撑板3和人体小腿的质量和；参照中国成年人身高和标准体重对照表，这里m_A在 15～20KG范围内取值，m_B在5～15KG范围内取值；L_B为膝关节滑轮11、支撑轴、两个膝关节牵引轮16和膝关节辅助支撑板3构成的组件质心到支撑轴的距离，L₁和L₂分别为大腿外辅助支撑板1和膝关节辅助支撑板3的长度；θ₂为大腿外辅助支撑板1与膝关节辅助支撑板3的夹角，由于运动过程中膝关节辅助支撑板3 始终处于竖直状态，因此，θ₁和θ₂始终相等，所以只需要通过角度传感器测量出膝关节滑轮11的转角即可得到θ₁和θ₂的值；

为θ₂对时间的一次导数。

则针对下肢行走装置建立拉格朗日函数L如下：

其中，K为下肢行走装置的系统动能，P为下肢行走装置的系统重力势能；

由式(1)得：

则根据预设的θ₁和θ₂随时间的变化规律(预先采集正常人起立过程、坐下过程、行走过程以及站立状态的θ₁和θ₂随时间的变化规律，预设的θ₁和θ₂随时间的变化规律按照正常人起立过程、坐下过程、行走过程以及站立状态的θ₁和θ₂随时间的变化规律)，计算得到与θ₁值对应的髋关节输出电机24施加的扭矩T₁和与θ₂值对应的膝关节输出电机21施加的扭矩T₂为：

其中，

为θ₁对时间t的二次导数，

为θ₂对时间的二次导数。

该基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器的控制方法，具体如下：

步骤一、将腰带8绑缚在穿戴者腰部，两个下肢行走装置的髋关节绑缚件14分别绑缚在穿戴者的两只大腿上，两个下肢行走装置的膝关节绑缚件17 分别绑缚在穿戴者的两只小腿上，穿戴者双脚分别踩在两个下肢行走装置的踏板5上，一组的六个肌电图传感器分别粘贴在左肢的股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌位置处，另一组的六个肌电图传感器分别粘贴在右肢的股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌位置处，如图7和8所示。

步骤二、足底压力传感器4将检测到的外部压力转化为电信号传送给控制器19，各肌电图传感器将检测到的肌电信号传送给控制器19，控制器19 判断穿戴者的起立、坐下、行走、站立意图(正常人在起立过程、坐下过程或行走过程中，足底的压力信号以及股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌的肌电信号会出现特定的变化过程，处于站立状态时，足底的压力信号以及股薄肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、缝匠肌和股直肌的肌电信号也处于一种特定的状态，只需预先采集这些信号，便能判断穿戴者的起立、坐下、行走、站立意图)，根据预设的起立过程、坐下过程、行走过程以及站立状态的θ₁和θ₂随时间的变化规律，控制髋关节输出电机24和膝关节输出电机21的输出扭矩变化规律，并根据执行起立、坐下、行走或站立动作需要的下肢(行走时左、右肢交替动作，其余都是左、右肢同时动作，具体可以根据下肢对应的足底压力传感器和肌电图传感器判断左、右肢是否需要动作)控制各电磁离合器Ⅰ22和电磁离合器Ⅱ23的离合。

步骤三、髋关节输出电机24的动力经髋关节牵引绳13、髋关节滑轮Ⅰ9 和上枢轴传递给大腿外辅助支撑板1和大腿内辅助支撑板2，从而带动穿戴者的大腿运动；膝关节输出电机21的动力经膝关节牵引绳10带动膝关节滑轮 11、支撑轴和膝关节牵引轮16运动，使得膝关节牵引轮16在滑轮槽15内滑动。

步骤四、若控制器19判断出足底压力传感器4检测到的外部压力与预先采集的下肢处于起立状态、坐下状态、行走过程脚掌落地状态或站立状态时足底压力传感器4的外部压力差值小于阈值，且各肌电图传感器检测到的肌电信号与预先采集的下肢处于起立状态、坐下状态、行走过程脚掌落地状态或站立状态时各肌电图传感器的肌电信号差值小于阈值，则除了在行走过程中控制与脚掌落地状态的那个下肢对应的电磁离合器Ⅰ22和电磁离合器Ⅱ23 分离外，在起立状态、坐下状态或站立状态均控制髋关节输出电机24和膝关节输出电机21停止转动。

Claims (2)

1.基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器，包括下肢行走装置、驱动机构、腰带和运动传感装置，其特征在于：所述的下肢行走装置包括大腿外辅助支撑板、大腿内辅助支撑板、膝关节辅助支撑板、踏板、膝关节牵引绳、髋关节牵引绳、髋关节线轮Ⅰ、髋关节线轮II、膝关节滑轮、髋关节绑缚件、膝关节绑缚件和膝关节牵引轮；大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板的上端通过上枢轴固定，下端通过下枢轴固定；所述的髋关节线轮Ⅰ和髋关节线轮II均固定在上枢轴上；膝关节滑轮与支撑轴构成转动副；两个膝关节牵引轮固定在支撑轴两端，且两个膝关节牵引轮与大腿外辅助支撑板和大腿内辅助支撑板开设的滑轮槽分别构成圆柱副；髋关节牵引绳绕制在髋关节线轮Ⅰ上，一端与髋关节线轮Ⅰ固定，另一端由驱动机构驱动；膝关节牵引绳绕过膝关节滑轮，且一端固定在髋关节线轮II上，另一端由驱动机构驱动；所述膝关节辅助支撑板的顶端与膝关节牵引轮固定，底端与踏板固定；大腿内辅助支撑板上固定有髋关节绑缚件，膝关节辅助支撑板上固定有膝关节绑缚件；所述的下肢行走装置设有两个，两个下肢行走装置的大腿内辅助支撑板相对设置，两个下肢行走装置共用一个驱动机构；驱动机构上固定有腰带；

所述的运动传感装置包括肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器；各下肢行走装置中，其中一个膝关节牵引轮的端面固定有一个角度传感器，角度传感器检测膝关节滑轮的转角信号；两个下肢行走装置的踏板顶面均固定一个足底压力传感器；所述的肌电图传感器共两组，每组有六个；肌电图传感器、角度传感器和足底压力传感器的信号输出端均接控制器；

所述的驱动机构包括膝关节输出电机、电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ、髋关节输出电机和外壳；所述髋关节输出电机和膝关节输出电机的壳体均通过电机座固定在外壳内；髋关节输出电机和膝关节输出电机均设有两根输出轴；髋关节输出电机的每根输出轴与一根转轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅱ连接，膝关节输出电机的每根输出轴与一根转轴Ⅰ通过电磁离合器Ⅰ连接；转轴Ⅰ和转轴Ⅱ均与外壳构成转动副；两根转轴Ⅱ与两个下肢行走装置的髋关节牵引绳分别固定；两根转轴Ⅰ与两个下肢行走装置的膝关节牵引绳分别固定；电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ、髋关节输出电机和膝关节输出电机均由控制器控制；

髋关节输出电机和膝关节输出电机的扭矩设计如下：

当人体大腿绑缚在髋关节绑缚件上，人体小腿绑缚在膝关节绑缚件上，且髋关节输出电机和膝关节输出电机转动时，大腿位置的动能K_A和大腿位置的重力势能P_A计算如下：

其中，m_A为大腿外辅助支撑板、上枢轴、大腿内辅助支撑板、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ、髋关节线轮II和人体大腿的质量和，θ₁为大腿外辅助支撑板与竖直线的夹角，

为θ₁对时间的一次导数，L_A为大腿外辅助支撑板、上枢轴、大腿内辅助支撑板、下枢轴、髋关节线轮Ⅰ和髋关节线轮II构成的组件质心到上枢轴的距离，g为重力加速度；

小腿位置的动能K_B和小腿位置的重力势能P_B计算如下：

其中，m_B为膝关节滑轮、支撑轴、两个膝关节牵引轮、膝关节辅助支撑板和人体小腿的质量和；L_B为膝关节滑轮、支撑轴、两个膝关节牵引轮和膝关节辅助支撑板构成的组件质心到支撑轴的距离，L₁和L₂分别为大腿外辅助支撑板和膝关节辅助支撑板的长度；θ₂为大腿外辅助支撑板与膝关节辅助支撑板的夹角；

为θ₂对时间的一次导数；

则针对下肢行走装置建立拉格朗日函数L如下：

其中，K为下肢行走装置的系统动能，P为下肢行走装置的系统重力势能；

由式(1)得：

则根据预设的θ₁和θ₂随时间的变化规律，计算得到与θ₁值对应的髋关节输出电机施加的扭矩T₁和与θ₂值对应的膝关节输出电机施加的扭矩T₂为：

其中，

为θ₁对时间t的二次导数，

为θ₂对时间t的二次导数。

2.根据权利要求1所述基于绳轮组合的半主动下肢外骨骼辅助器，其特征在于：所述电机座的顶部固定有上盖板；电池固定在上盖板上；髋关节输出电机、膝关节输出电机和控制器均由电池供电。

Images