以助力型人体下肢外骨骼为主,对近些年四大组成系统——外骨骼控制系统、驱动系统、机械系统、感知系统的研究成果进行分类总结与分析。通过研究分析获得了较为适用于助力型人体下肢外骨骼的结构尺寸、结构自由度、驱动器选择方案、控制策略及传感器选择方案等成果,能够为外骨骼的研究者提供参考。

为了获得适合于铝箔剪切机碎屑收集需求的负压管路结构,使用计算流体力学方法计算了不同支管布置结构的管路压力-速度耦合流场,通过速度云图及流线对比分析了不同结构的负压利用效率,并结合支管入口处速度量化值大小给出了优化的管路结构设计。结果表明增加支管深度能够改变主管内气流膨胀状态,增大后部负压区域及量值,从而明显提高支管进气流速度;支管与主管相交方式对负压利用有较大影响,平滑的相交方式对气流有良好的导向作用,并可减小后部涡流区域,降低压力损失;使用增大支管深度及倒圆角的结构形式获得了最大的支管进口速度,可以满足铝箔剪切机碎屑收集要求。

为了获得适合于铝箔剪切机碎屑收集的双支管负压通道设计方案,使用计算流体力学(CFD)方法对不同支管连接方式的管流进行了压力-速度耦合计算。给出了连通区域及不同断面的压力、速度云图及量化值,结合理论分析了不同管路结构时气流流态产生原因及其对支管吸附作用的影响规律,进而提出了管路改进措施。结果表明简单将两支管连接于主管的结构无法满足工程需要,而将第一个支管延长,使两个支管均与大气连通,在两个支管后方形成负压区,从而产生有效吸附力,可满足铝箔剪切机碎屑收集任务。

为定量评估助力外骨骼综合效能,通过咨询专家和归纳统计,分析外骨骼整体性能,选取定义相关指标,建立多级外骨骼效能评估指标体系。采用层次分析法确定各指标的权重,基于灰色综合评价方法建立白化权函数,构建效能评估模型。最后以某型助力外骨骼为例,充分利用已有指标判断信息,得到总体效能评估得分,证明该模型具有一定的科学性和可行性,并可应用于其他不同方案的助力外骨骼效能评估中,为类似助力外骨骼的设计研发提供理论参考。

考虑到单兵助力装置的特殊性设计了一套压力补偿式微型液压驱动系统.通过压力补偿液压系统中四个支路避免了相互间的干扰.经过在AMEsim中建模和仿真分析验证了所设计的压力补偿系统四个支路间可以同时工作而又互不影响能够满足单兵行走助力的工作要求.