基于人类工效学的下肢助行外骨骼的设计

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1、Ａ击种成Ａ葦ＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＥＲＳＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＦＣＨＩＮＡＵＮＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＶ专业学位硕±学位论文ＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩ１．论支题目基于人类工效学的下肢助行外骨骼的设计专业学位类别工程硕壬学每２０１３２２０８０４５０Ｉ■■■■■ｒ作者姓名體有缘ｉ—－指导教师郎静副教授？？ｔａ＇、？？Ｖ？．一，，．－｝■暴？．

2、＊■－二独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作。据我所知及取得的研究成果，除了文中特别加ｔｕ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同王作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：盛治曰期：於／／年／月＾曰论支使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有权保留并向国家有关部口或机

3、构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描、汇。等复制手段保存编学位论文（保密的学粒论文在解密后应遵守此规）定：：作者签名导名师签聲豕＾了期；年月曰曰备３分类号密级注1UDC学位论文基于人类工效学的下肢助行外骨骼的设计（题名和副题名）潘有缘（作者姓名）指导教师邱静副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称机械工程提交论文日期2016.05.

4、03论文答辩日期2016.05.10学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DesignoftheLower-LimbRehabilitationExoskeletonRobotBasedonHumanErgonomicsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:YouyuanPanSupe

5、rvisor:A.P.JingQiuSchool:SchoolofMechatronicsEngineering摘要摘要我国老年人的人数越来越多，关于老年人的问题引起了越来越多人的重视，帮助老年人和残疾人行走以及协助矫正步态异常的人群矫正步态是本文设计下肢助行外骨骼的主要目的。由于下肢助行外骨骼直接作用于穿戴者的下肢，所以他的舒适性和安全性的设计合理与否直接影响到下肢助行外骨骼的成败。人类工效学是一门研究人类和所处环境之间的关系的学科，人类工效学工作者就是利用原理、方法和数据来设计使得“人类感觉舒适、幸福”和“系统完成所有

6、任务”两者之间达到最优化关系，所以本文将人类工效学的相关知识，融入下肢助行外骨骼的机械机构设计中。本文的主要工作有以下几点：研究国人的体形尺寸和下肢运动范围，物理人机交互的相关知识以及膝关节运动的简化模型，为下肢助行外骨骼的体型匹配设计和绑缚设计以及安全性设计供理论基础，并且为下肢助行外骨骼的膝关节运动匹配提供支持。下肢助行外骨骼的结构设计，主要包含体形匹配设计，人机交互设计和安全性设计。体型匹配设计要求下肢助行外骨骼能够根据穿戴者的体型尺寸进行调节；物理人机交互主要是指绑缚设计，包含绑缚位置和绑缚材料的选择；安全性设计包

7、括代表下肢助行外骨骼本身安全的机械限位设计，帮助穿戴者支撑以达到平衡的拐杖设计和协助行走训练的训练支架设计。多轴假肢膝关节可以用来解决下肢助行外骨骼的膝关节与人体下肢膝关节的关节错位问题，但是它没有考虑到使用者的个体差异，为了弥补这一缺点本文通过实验的方式获得不同个体的下肢运动数据，根据单侧算法计算个体的膝关节瞬心曲线，从而为可调仿生膝关节的设计提供数据支撑。下肢助行外骨骼的设计实现，根据不同穿戴者的膝关节瞬心曲线的差异，设计可调节仿生膝关节，这个膝关节可以让外骨骼的膝关节运动和穿戴者下肢膝关节运动达到完美的匹配关系，下肢

8、助行外骨骼安装这个仿生膝关节而不是使用传统的单轴膝关节会大大减少绑缚对下肢的应力作用。关键词：下肢助行外骨骼，膝关节瞬时中心，人类工效学，仿生膝关节IABSTRACTABSTRACTOurcountryhasgraduallyenteredtheeraofaging,theproblemoftheeld