防老年人跌倒的助老机器人人机系统动态稳定性分析模型

作者：穆小奇; 张小栋^*; 徐海鹏; 李亮亮

来源：西安交通大学学报, 2020, 54(08): 67-76.

• 助老机器人
• 动态稳定性
• 人机系统
• 动力学模型

针对现有助行机器人防老年人跌倒的安全保障措施不够完善、模型存在局限性的问题,建立了防止老年人跌倒的助老机器人人机系统动力学模型,对人机系统的动态稳定性展开分析研究。首先,建立了人体倒立摆动力学模型,得到了人体动态稳定性区域以及人体跌倒的可能形式;其次,分别从前倾、后倾、左倾和右倾4种情况建立了防老年人跌倒的人机系统动力学模型,并给出了系统动态稳定必须满足的约束条件;最后,通过求解人机系统动力学方程对人体和助老机器人的动态稳定性分别进行了分析判断,并搭建了实验平台,分别对4种情况进行了实验,验证了模型的有效性。实验结果表明:在4种情况下,助老机器人的倾角均小于1°,人体的倾角均能在短时间内迅速下降至0°,所建人机系统可满足动态稳定性要求,所设计的助老机器人在帮助使用者进行户外行走过程中,能够起到防止老年人跌倒的目的。所提基于动态稳定性分析的动力学模型可为同类机器人控制研究提供理论基础,有助于助老机器人实用化。

• 单位
  西安交通大学