前言

随着机器人技术的快速发展，机器人已经深入人类生活的各个领域。机器人可以承担复杂多样的任务，代替或协助人类完成各项工作，大大提高了生产效率。外骨骼的概念来源于节肢动物为保护和支撑身体、帮助行动的坚硬外部结构。而人类则能通过机械传动和控制系统仿生出机械外骨骼，让人跑得更快、跳得更高、负重更多。机械外骨骼既能够帮助行动不便的人提高行动能力，也可以让正常人拥有更强的力量与更快的速度，完成更加困难的战斗或工业生产任务。

可穿戴型外骨骼机器人可以增强个人在完成特定任务时的能力，外骨骼机器人和操纵者组成的人机一体化系统具有更好的环境适应能力。未来的外骨骼机器人能够应用在单兵军事作战装备、医疗康复、救灾救援、公共安全、教育娱乐、重大科学研究等方面。随着我国劳动力成本快速上涨、人口红利逐渐消失，未来人体的机能需要不断提升，甚至要远远超越自身极限，外骨骼机器人发展潜力巨大。

在世界范围内，中风是造成神经永久性损伤的首要原因，其致死率排在心脏病和癌症之后，是目前造成人类死亡的第三大疾病。每年全世界约有1500万人新患中风，其中三分之一的患者因此失去生命。随着我国社会经济的发展与科技水平的提高，人们对于中风患者中风后的医疗质量寄予了更高的期望。中风患者更是希望通过中风后的康复治疗，恢复部分肢体功能，早日重新回归社会，重新拥有正常的生活与工作。目前我国中风患者的康复训练基本依靠治疗医师的帮助，但现有的医师数量与中风患者的数量比例极度失衡，昂贵的康复训练费用也使很多患者的治疗无法保证。科技的发展以及全社会不断加大对中风患者的关注，推动了康复训练外骨骼机器人的出现，这在很大程度上帮助中风患者解决上述问题。

本书将详细分析外骨骼机器人的国内外研究现状，重点介绍外骨骼训练机器人的机械设计、驱动方式与控制策略，提出以中风康复训练为核心的外骨骼机器人设计方法。介绍一种新型的扭绳驱动方式，这种驱动方式能量消耗少、易于控制、响应速度快并且可将驱动器放置在远离上肢外骨骼康复训练机器人驱动关节的位置，从而减少穿戴康复机器人的患者的负担。本书在介绍扭绳驱动方式机制的基础上，将着重分析扭绳驱动方式的理论模型，对扭绳驱动理论模型的正确性和稳定性进行实验验证。结合具体的实验数据深入分析扭绳驱动方式的重复使用性、迟滞性、自我缠绕以及在不同配置下扭绳所具有不同的运动特性等问题。本书将阐述针对扭绳驱动装置的非线性自适应鲁棒控制器的设计原理，通过理论分析和实验证明自适应鲁棒控制器在控制扭绳驱动关节转动的过程中具有良好的瞬态和稳态性能。本书将根据人体下肢生理结构与运动机理，对行走步态进行分析与周期划分，设计开发行走步态数据采集系统，最后建立下肢外骨骼步态预测模型（SAELSTM），用于提高外骨骼机器人的随动控制效率和准确率。

由于作者的学识与研究水平有限，研究领域与视角不够宽阔，书中一定有很多不尽如人意的地方，敬请相关专家和读者指正。

作者2021年10月