下肢外骨骼机构的研究与仿真

人体下肢外骨骼机理分析xx（xx,xxxx,xxxx）摘要：本论文研究穿戴型下肢外骨骼机器人机构。

所研究的外骨骼是一种可以穿戴于人体的机械装置。

这种外骨骼依靠人的运动信息来控制机器人，通过机器人来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的远行、负重等任务。

这种外骨骼也可以用来检测人体运动信息，作为康复医疗器械使用。

下肢穿戴外骨骼机器人是一种具有双足步行特征的典型的人机一体化系统。

关键词：穿戴外骨骼；助力机器人；机构设计；仿真分析ANALYSIS AND DESIGN OF LOWER EXTREMITYEXOSKELETON(MechanicalManufacturingandAutomation.,No.:xxxxxxxx,Email:****************,phone:xxxxxxxxxxx) Abstract：This paper researched a kind of wearable lower extremity exoskeleton robot. The exoskeleton is a mechanism which could match the human body. It relied on human motion information to control the robot, and accomplish the travel, loading and other tasks that can not be completed by people's own capacity lonely. The exoskeleton can also be used to detect human motion information, and as the rehabilitation of medical devices. Lower extremity exoskeleton robot is a kind of typically man-machine integrated system with some biped walking robots’ characters.Keywords：Wearable exoskeletons; Assist robot; Mechanical design; Simulation andAnalyze1引言（Introduction）外骨骼是一种给人穿戴的人机一体化智能机械装置，它将人类的智力和机械装置的“体力”结合在一起，靠人的智力来控制机械装置，通过机械装置来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的任务。

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真一、本文概述随着医疗科技的快速发展，下肢康复外骨骼机器人作为一种新型康复设备，正日益受到研究者和医疗工作者的关注。

本文旨在对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行深入分析，并通过仿真实验验证其理论分析的准确性。

文章首先介绍了下肢康复外骨骼机器人的研究背景和应用意义，阐述了其动力学分析的重要性。

随后，本文详细阐述了下肢康复外骨骼机器人的动力学建模过程，包括机器人的运动学模型、动力学模型以及控制模型的建立。

在建模过程中，考虑了机器人的结构特点、运动规律以及人机交互等因素，确保了模型的准确性和实用性。

在完成动力学建模后，本文利用仿真软件对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行了仿真实验。

仿真实验包括了机器人在不同运动状态下的动力学响应、人机交互过程中的力传递特性以及控制策略的有效性等方面。

通过仿真实验，本文验证了动力学模型的正确性，并为后续的实物实验提供了理论支持。

本文总结了下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真的主要研究成果，并指出了未来研究方向。

通过本文的研究，不仅有助于深入理解下肢康复外骨骼机器人的动力学特性，还为优化机器人设计、提高康复效果以及推动医疗康复领域的发展提供了有益的参考。

二、下肢康复外骨骼机器人概述下肢康复外骨骼机器人是一种辅助人体下肢运动，帮助进行康复训练的先进医疗设备。

这种机器人通过精密的机械结构和智能控制系统，能够实时地感知并适应穿戴者的运动意图，提供必要的助力或阻力，以达到改善运动功能、增强肌肉力量、促进神经恢复等康复目标。

下肢康复外骨骼机器人通常由支架、传感器、执行器、控制系统等部分组成。

支架负责支撑和保护穿戴者的下肢，同时提供运动的轨迹和范围。

传感器则负责实时感知穿戴者的运动状态、肌肉力量、姿态等信息，为控制系统提供决策依据。

执行器则根据控制系统的指令，驱动机械结构产生相应的动作，提供助力或阻力。

在动力学分析方面，下肢康复外骨骼机器人需要考虑穿戴者的运动学特性和动力学特性，以及机器人自身的机械特性、控制特性等因素。

下肢助力外骨骼机器人研究随着科技的不断进步，机器人技术已经越来越广泛地应用于各个领域。

其中，下肢助力外骨骼机器人作为一种辅助人体行走的外骨骼装置，受到了越来越多的。

本文将介绍下肢助力外骨骼机器人的研究背景、现状、技术原理及实现方法，以及应用领域和未来发展。

下肢助力外骨骼机器人是一种可穿戴的智能设备，它通过仿生学原理和机械结构设计，为穿戴者提供额外的支撑和助力，从而减轻行走时的负担。

这种外骨骼机器人对于那些需要长时间行走或者负重工作的人群，以及下肢损伤或疾病的康复治疗具有重要的意义。

随着人口老龄化的加剧，下肢助力外骨骼机器人还有着广阔的老年护理市场前景。

下肢助力外骨骼机器人的研究可以追溯到20世纪末，至今已经经历了多个阶段的发展。

目前，下肢助力外骨骼机器人已经在临床应用上取得了一些显著的成果。

例如，在军事、工业和康复医学等领域，已经有一些原型机或者商业产品投入使用，并得到了良好的反馈。

同时，学界对于下肢助力外骨骼机器人的研究也在不断深入，涉及到机械设计、控制系统、人工智能等多个方面。

下肢助力外骨骼机器人的技术原理主要包括仿生学、机械动力学、传感技术、控制算法等。

其实现方法通常包括关键零部件的设计与制造、机构优化与调试、传感器采集与处理、控制算法设计与实现等步骤。

下肢助力外骨骼机器人的核心部分包括腰部、大腿杆、小腿杆和脚踝等部位的设计。

这些部位通过仿生学的原理，模仿人体下肢的动作规律，从而实现与人体运动协同的外骨骼机器人。

在仿生学的基础上，通过机械动力学的研究，可以进一步优化机器人的负载能力和效率。

同时，利用先进的传感技术，可以实时采集穿戴者的运动信号并反馈给控制系统，从而实现精准的控制。

下肢助力外骨骼机器人具有广泛的应用领域。

在军事方面，下肢助力外骨骼机器人可以帮助士兵在行军过程中节省体力，提高作战能力。

在工业生产中，下肢助力外骨骼机器人可以帮助工人进行重物搬运等体力劳动，提高生产效率。

在康复医学领域，下肢助力外骨骼机器人可以帮助患有下肢损伤或疾病的人进行康复训练，加速恢复。

下肢外骨骼助力装置结构与动力学分析随着科学技术的进步和人们对于增强自身能力的渴望，下肢外骨骼助力机器人已成为国内外“人机一体化”的一个重要研究方向。

文章介绍了下肢外骨骼助力装置的研究意义，具体阐述了下肢外骨骼助力机器人整体结构的设计、及动力学分析等。

通过实验仿真验证驱动电机选型的可靠性。

全面阐述了下肢外骨骼助力机器人的结构设计方案。

标签：下肢外骨骼机器人；结构设计；动力学；仿真引言现在的交通越来越发达，人们可以用各种各样的交通工具来运载重物以及帮助人们到达目的地，但是在自然界中许多崎岖不平甚至很陡峭的地方交通工具也很难到达；随着时代的发展，老龄化问题也越来越严重，越来越多的老年人需要被照料；再者，残疾人士（更多的是下肢瘫痪或者行走困难的人）也需要借助一些工具来适应这个世界，因此开发出一些操作简单、价格合理的智能机械装置用于帮助人们运载重物、辅助老年人以及残疾人，帮助他们照料自己或者进行康复训练无疑是解决目前老龄化问题的一个有效措施。

下肢外骨骼助力系统实质上是一种可穿戴的人机一体化系统，其以人为核心，由穿着者进行控制操作，所以机械结构的设计需要尽量的拟人化，这样才能更好的配合穿戴者完成任务。

1 结构设计1.1 结构设计原则根据下肢外骨骼机器人可穿戴性的特点，在对其机械结构进行设计时，应当充分考虑以下四个设计原则。

（1）安全可靠。

由于下肢外骨骼机器人的使用对象是人，所以机械结构应当保证机器人在正常使用的时候和出现故障时，都能较好地确保穿戴者的人身安全。

（2）拟人化设计。

机械结构应尽量模拟真实的人体下肢运动关节及大小腿骨；在自由度配置和各关节的设计上，尽力满足人体下肢关节活动范围要求。

（3）可伸缩性。

由于不同的人的身材不同，因而其下肢的几何尺寸也不相同。

因此，要求机械腿的长度在一定范围可调，提高下肢外骨骼机器人的通用性。

（4）坚固耐用、轻巧便携。

下肢外骨骼机器人在使用时，即要承受其自身重量又要承载穿戴者的重量，同时还需承受外界的刚性冲击[1]。

下肢助力外骨骼的动力学分析及仿真
韩亚丽;王兴松
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2013(25)1
【摘要】下肢助力外骨骼是一种形似人体腿部结构,并联与穿戴者下肢外部,对穿戴者进行行走助力的机构。

针对下肢助力外骨骼的行走特点,把其行走步态周期内的运动分成:单脚支撑、双脚支撑和一脚虚触地的双脚支撑三种行走模式,分别对此三种行走模式进行研究。

构建动力学模型,求出各关节力矩,并通过仿真,验证其理论分析的正确性。

下肢助力外骨骼的动力学研究为控制系统提供重要的理论依据,除外此研究结果也为仿人机器人的行走动力学研究提供重要的参考依据。

【总页数】8页(P61-67)
【作者】韩亚丽;王兴松
【作者单位】南京工程学院;东南大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.下肢外骨骼助力装置结构与动力学分析
2.医疗助力下肢外骨骼设计及动力学仿真分析
3.下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真
4.人体负重下肢助力机械外骨骼结构设计及运动学仿真分析
5.基于人机耦合的下肢外骨骼动力学分析及仿真
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第6期2021年6月300机械设计与制造Machinery Design & Manufacture 新型下肢外骨骼机器人动力学仿真邓斌,赵英朋（西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心，四川 成都610031）摘要:人体躯干能够根据负载重量而自适应调节前倾角度，有利于人体对下肢外骨骼的控制和人机系统行走稳定性。

当超出一定负重时，躯干前倾困难。

设计一种新型號背结构,利用负重重量增加躯干前倾角度。

首先分析人体步态，方 便仿真时施加约束和驱动等元素;然后将人体简化为七杆模型，用Kane 方法建立动力学方程，减少中间变量，提高计算效 率;最后通过Adams 进行动力学仿真验证。

仿真得到的结果表明：承载负重之后，髓背机构能使人体躯干前倾更加省力， 人机系统重心位置相比于之前接近稳定区域，并且系统重心比之前有所降低，进一步保证系统稳定。

关键词:外骨骼;步态分析;动力学;仿真;Kane 方法中图分类号:TH16 文献标识码:A 文章编号:1001-3997(2021)06-0300-05Dynamics Simulation of New Exoskeleton RobotDENG Bin, ZHAO Ying-peng(Ministry of Education Engineering Research Center for Advanced Driving and Energy-saving Technology , Southwest Ji ­ao Tong University, Sichuan Chengdu 610031, China)Abstract ： The human torso adaptive control the forward angle according to the load weight, which is beneficial to the humanbody to control the lower limb exoskeleton and the walking stability of man-machine system. When the load exceeds a certain range , it is difficult f or the torso to lean f orward. In this paper, a new type of hip back structure is designed, which is used to in ­crease the angle of f orward tilt of t he trunk. Firstly, analyze the human gait, which makes it corwenient to apply constraints anddriving elements in simulation;And then simplify the human body into a seven-bar model, Using Kane method to establish dy ­namic equations 9 reduce intermediate variables and improve calculation efficiency; Finally, the dynamics simulation is carried out by Adams. The simulation results show thati After carrying load, the hip back mechanism can make the body lean f orwardand save more power, the center of g ravity of m an-machine system is closer to the stable region than before 9 a nd the center of g ravi ­ty of t he system is lower than before 9 w hich f urther ensures the stability of t he system.Key Words : Exoskeleton ； Gait Analysis ； Dynamics ； Simulation ； Kane Method1引言随着科学技术日新月异的发展，下肢外骨骼机器人技术也得到快速的更迭,针对不同场合具有更加良好的适应性。

一种多功能下肢外骨骼机器人的设计与仿真分析贾丙琪毕文龙魏笑徐国鑫赵彦峻孙一栋（山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049）摘要针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求，设计了一种多功能下肢外骨骼机器人，利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。

分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型，采用拉格朗日方法推导出动力学模型，计算各关节所需的理论力矩；建立虚拟样机模型进行动力学仿真，仿真数据与理论数据进行比较，验证了理论推导的准确性和外骨骼机器人设计的合理性，为后续电机选型提供了依据。

关键词下肢外骨骼结构设计动力学计算仿真分析Design and Simulation Analysis of Multi-purpose Lower Limb Exoskeleton Robot Jia Bingqi Bi Wenlong Wei Xiao Xu Guoxin Zhao Yanjun Sun Yidong（School of Mechanical Engineering，Shandong University of Technology，Zibo255049，China）Abstract Aiming at the needs of rehabilitation training and movement substitution for the elderly and pa⁃tients with lower limb movement disorders，a multi-purpose lower limb exoskeleton robot is designed，which utilizes auxiliary standing mechanism and exoskeleton to realize the rehabilitation training of lower limbs for us⁃ers.Five-bar models of the one-leg support stage and the two-leg support stage of the exoskeleton robot are es⁃tablished，and the dynamics model is deduced by Lagrange method to deduce the theoretical moments required for each joint.A virtual prototype model is established to carry out dynamics simulation，and the simulation data is compared with the theoretical data to verify the rationality of the design of the exoskeleton robot with the accu⁃racy of the theoretical deduction，which provides a theoretical basis for motor selection.Key words Lower limb exoskeleton Structure design Dynamics calculation Simulation analysis0引言我国老龄化进程持续加快，老年人脑血管疾病的术后康复问题引起更多人的关注。

下肢外骨骼康复机器人仿真和试验分析曲海军;李天亮;刘建慧;秦小俊;杨永强;李强;王金武;倪国骅;赵东亮;王建平【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(43)3【摘要】目的为了帮助下肢运动障碍者进行有序康复训练,设计一种下肢外骨骼康复机器人,动力源驱动下肢交叉摆动模拟人类正常步态行走,实现双下肢协调运动,帮助下肢运动障碍者完成康复训练。

方法建立外骨骼机器人三维模型、下肢外骨骼机器人D-H模型,对下肢外骨骼康复机器人进行正、逆运动学分析,并将模型导入ADAMS,创建运动副与驱动函数进行运动学仿真,在此基础上制作样机并进行动力学测试试验分析。

结果正、逆运动学验证了外骨骼康复机器人空间运动的合理性,ADAMS运动仿真结果与理论计算具有良好一致性,从而保证设计的下肢外骨骼结构与穿戴者下肢同步协调。

仿真分析发现理论计算和仿真的误差主要来源于驱动函数误差,动作误差最大为2.15 cm。

试验验证髋关节、膝关节运动与参考输入运动具有一致性。

但是运动存在误差,髋关节平均误差为5.57°,膝关节平均误差为5.45°,实验发现电机扭矩不足是引起运动误差的首要因素,其次是零件加工误差和装配误差。

结论通过理论计算、仿真与试验分析验证了方案的可行性,发现驱动误差、零件加工精度和装配精度可带来误差。

研究结果可为进一步完善机器人性能和研究康复机器人动力学影响因素提供基础和参数依据。

【总页数】10页(P115-124)【作者】曲海军;李天亮;刘建慧;秦小俊;杨永强;李强;王金武;倪国骅;赵东亮;王建平【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院;河南优德医疗设备股份有限公司;上海交通大学第九人民医院;河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)【正文语种】中文【中图分类】TP242;TH122【相关文献】1.外骨骼手臂康复训练机器人仿真分析与研究2.下肢康复机器人仿真分析及研究3.人体下肢康复外骨骼机器人仿真分析与实验4.康复外骨骼机器人对脑卒中下肢运动功能障碍疗效的Meta分析5.可穿戴式下肢外骨骼康复机器人运动学分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

人体下肢外骨骼设计与仿真分析
赵彦峻;徐诚
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2008(20)17
【摘要】设计了一种具有辅助士兵承载能力的人机一体化的下肢外骨骼。

通过从仿生学角度分析人类下肢关节的结构特点、人类的步态及下肢自由度,并结合下肢外骨骼实现的功能、工作原理、结构组成,设计了其结构。

利用CAD软件Pro/E及动力学仿真软件ADAMS对人体及下肢外骨骼进行了建模、仿真。

这为进一步研究下肢外骨骼打下了基础。

【总页数】5页(P4756-4759)
【作者】赵彦峻;徐诚
【作者单位】南京理工大学机械学院
【正文语种】中文
【中图分类】TJ819
【相关文献】
1.人体下肢外骨骼的运动分析与仿真
2.人体下肢外骨骼康复机器人的仿真分析
3.人体下肢康复外骨骼机器人仿真分析与实验
4.人体负重下肢助力机械外骨骼结构设计与运动学仿真
5.人体负重下肢助力机械外骨骼结构设计及运动学仿真分析
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