新型混联下肢外骨骼的设计与开发

下肢外骨骼是一种可穿戴的人机一体化机械装置，可重建和增强穿戴者的下肢
运动能力，在助老助残、医疗康复和军事救灾等领域具有广泛的应用前景。下肢外骨骼本体通过一系列环节和人体耦合在一起。作为以人为中心的人机协同系统，下肢外骨骼的首要任务是与人体协同运动并实现助力功能。当下肢外骨骼与人体运动不同步时，将对穿戴者的运动产生干扰。由人体下肢运动机理分析可知，人体下肢单腿共有8个自由度：髋关节3个，膝关节2个，踝关节3个。人体下肢行走过程中，髋关节、膝关节以及踝关节在矢状面的屈伸自由度是必不可少的，外展-内收自由度主要起保持运动平衡的作用，内旋-外旋自由度主要用于转向和提高人机运动的协调性。故设计下肢外骨骼机器人时，矢状面的3自由度是必不可少的，因此，本项目设计的下肢外骨骼在矢状面内具有6个自由度，单腿髋、膝、踝关节各有1个自由度，其中髋关节和膝关节为主动自由度，踝关节为被动自由度。通过背带完成下肢外骨骼与人体的耦合，同时外骨骼与人体腰部及大小腿之间通过绑带进行连接。设计的腰围调节器、大小腿杆长调节器可调节下肢外骨骼本体的结构参数，以适应不同身高和体重的穿戴者。其主要的部件包括：背部板、腰部板、髋关节和膝关节执行器、踝关节弹簧执行器、大腿杆和小腿杆等。
上海大学
任彬