随着下肢功能障碍者在人口中所占比例逐年增长,以物理辅助治疗为主要形式的下肢外骨骼成为康复领域的研究热点之一。提出了一种穿戴式下肢外骨骼样机模型并对其运动性能进行了分析。首先,建立了人体下肢与外骨骼的运动机制对应关系;其次,应用标准D-H法构建外骨骼运动学数学模型,通过齐次变换矩阵进行正、逆运动学解算,并检验了模型及解算方程的正确性;最后,基于人体下肢步态特征对人机耦合模型进行了仿真,曲线拟合优度表明,外骨骼运行平稳,且具有较好的兼容性和跟随性能。获得的各关节曲线数据为下肢外骨骼控制策略的制定提供了数据基础。

为解决由于下肢肌力衰退、骨关节疾病、心脑血管疾病、脊髓损伤等导致的半失能老人下肢运动功能障碍问题(如无法独立完成行走、站立、坐下等基本生活动作),提出了一种具有辅助行走、辅助落座、辅助搬移功能的移动辅助机器人结构设计方案。针对人体尺寸分布规律,对结构部件进行了尺寸计算。为保证机构具有足够的结构强度,对关键部件进行了有限元仿真分析。在此基础上,建立了人-机耦合系统模型,完成了人-机耦合情况下的运动学仿真。提出了移动辅助机器人硬件系统设计方案,搭建了电气系统连接,完成了硬件电路设计。为验证理论成果的正确性,加工了实验样机,进行了相关实验。