外骨骼关节的柔顺性在适应穿戴者不同运动状态和人机相容性方面至关重要,然而,常见的刚性机构和被动柔顺机构不能够实时反馈人机交互力从而达到主动柔顺的目的。设计了一种主动柔顺膝关节作动机构,利用拮抗驱动原理结合曲柄滑块的力位转换能力,使其不仅能够达到利用传统串联弹性驱动增加机构柔顺的目的,还可以通过该柔顺机构实时计算人机交互力。实验证明了该柔顺机构的可行性和有效性。

先导式溢流阀具有噪音低、振动小、压力较稳定、调压比较轻便等特点,多用于中、高压场合。在分析先导式溢流阀结构和工作原理的基础上,利用AMEsim软件建立了其仿真模型,对先导式溢流阀的静态、动态特性进行了仿真分析,研究了先导式溢流阀结构参数对其动态特性的影响,对先导式溢流阀的选型、设计以及优化具有一定的参考价值。

无源被动外骨骼系统无需能源供给,以降低单兵负重时的体能消耗、保护骨骼肌肉免受损伤为目的,提升单兵的轻装机动与持续作战能力。对目前国内外无源被动外骨骼系统的研究现状进行了总结,分析了人机相容性机构设计技术、人机闭环运动链的负重力传递技术、助力效能评估技术和新材料结构功能一体化应用技术等关键技术,并对其未来的应用前景进行了展望。

为提高军用外骨骼无滞后地完成运动跟随性的能力,设计了一种基于姿态传感器和薄膜压力传感器的外骨骼传感系统。通过传感系统采集并解算出的下肢关节角度和脚底压力作为信号输入,提出了一种基于BP神经网络的步态识别方法,并采用LabVIEW软件进行了仿真实现。通过对比发现髋关节角度特征值相较于膝关节角度特征值和踝关节角度特征值,可以更好地区分开各步态路况。同时步态识别仿真结果表明了设计的军用外骨骼传感器系统和提出的步态识别方法的合理性和可行性。

从人体运动特征出发,分析了液压驱动负重外骨骼机器人的整体骨架结构。根据负重外骨骼机器人的特点要求设计了一套完整的液压传动系统,对液压系统中液压泵、伺服阀和液压缸等主要元件进行了选型计算。利用Simhydraulics软件建立了负重外骨骼机器人液压系统仿真原理图,并对液压系统进行了仿真分析研究,由仿真结果证明了所设计液压系统的合理性。最后对液压驱动型负重外骨骼机器人技术面临的挑战进行了分析,为该液压系统的深化设计提供了参考。