穿戴式颈椎外骨骼系统优化设计及控制研究

来源：中国康复医学杂志2025年第1期北京时间：

作者：杜妍辰,胡时辉,石 萍,喻洪流,

单位：上海理工大学康复工程与技术研究所，上海市，200093

摘要：目的：为解决现有颈椎康复设备体积过大、价格昂贵、患者治疗便利度不足等问题，本文提出一种穿戴式颈椎外骨骼系统，可在医院与家庭场景下实现牵引与运动疗法。方法：提出一种基于6-SPS（其中S代表球面副，P代表移动副）并联机构构型的穿戴式颈椎外骨骼；完成了其等效运动学模型建模；采用了差分进化算法对其结构参数进行了优化，并对优化前后的工作空间做了对比分析；建立了其动力学模型及基于扰动观测器的阻抗控制系统；完成了人体受试者功能验证试验。结果：该外骨骼的工作空间具有较大的范围，满足运动疗法的设计需求，且基于扰动观测器的阻抗控制系统能够使得外骨骼实现较为精准的轨迹跟随，保证治疗精度。结论：该外骨骼设计合理，能够满足设计治疗模式下的工作空间需求，且具备良好的运动稳定性与准确度，可用于颈椎病患者的牵引治疗与运动训练。

关键词：颈椎病康复外骨骼工作空间优化阻抗控制扰动观测器

基金资助：上海科技行动创新计划项目（20531901500）