膝踝关节外骨骼人机匹配性设计与优化

摘要

针对现有外骨骼与人体腿部协调性差的问题，设计了一种基于人机匹配性的膝踝关节外骨骼。通过动作捕捉系统采集下肢关节运动的时空数据，结合生理膝关节滚滑运动特性，设计了能够适应人体膝关节运动瞬心的J字形运动轨迹的四杆机构，提出了模拟膝关节运动的连杆机构优化设计方法。数值模拟验证了优化后四杆机构能够很好地贴合人体运动，结合角度传感器实现了助力外骨骼控制系统的开发，进而借助步态和肌电实验对助力外骨骼性能有效性进行了验证。实验结果表明，穿戴后膝关节角度峰值变化幅度小于5%，膝关节力矩减小，股外侧肌、腓肠肌、股二头长头肌等肌肉活动度下降。

关键词

膝踝关节 / 膝关节瞬心 / 助力外骨骼 / 人机耦合仿真分析 / 实验验证