携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真.pdf

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1、第2期机械设计与制造2014年2月MachineryDesign&Manufacture171携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真易嘉伟，程文明，濮德璋(西南交通大学机械工程研究所，四川成都610031)摘要：携行式外骨骼作为一种有效的人机耦合方式，能够为人体负重运动提供必要的支撑和辅助。下肢结构作为整个系统的核心组成，其运动轨迹的实现情况将会直接影响外骨骼穿戴舒适性和运动协调性。从运动学角度出发，对外骨骼下肢结构及自由度和动态稳定性进行了分析，利用坐标变换和D—H方法建立外骨骼下肢运动模型并实现下肢运动轨迹规划。利用Solidworks建立了外骨骼三维模型，将其导入Adams中构建虚拟样机模型

2、进行运动学仿真。仿真结果验证了运动学模型及推导公式的正确性，为进一步研究携行式外骨骼打下了理论基础。关键词：携行式外骨骼；下肢；运动学分析；轨迹规划；仿真中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)02—0171-04TheKinematicsAnalysisandSimulationofLowerExtremityPortableExoskeletonYIJia-wei，CHENGWen-ming，PUDe-zhang(ResearchInstituteofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Si

3、chuanChengdu610031，China)Abstract：Portableexoskeleton，傩anefectivewayofman-machinecoupling，Canprovidenecessarysupportandassistancer6Ddyweighting．Thelowerextremityisakeypartofwholesystem．Itstrajectorydirectlyaffectsexoskeletonwearingcomfortandmovementcoordination．Fromtheperspectiveofkinematics，itsstr

4、ucture，freedomanddynamicstabilityareanalyzed．Then，alowerlimbmotionmodelisestablishedwiththemethodsofcoordinatetransformationandD—Hrule．Thetrajectoryplanningofthelowerextremityisrealizedbasedonthemotionmode1．Finally，anexoskeletonthree—dimensionalmodelisestablishedinSolidWorks，andavirtualprototypemod

5、elisbuiltintheADAMSforkinematiessimulation．Thesimulationresultvalidatesthecorrectnessofthemethbdandformulationsofkinematicsanalysis．Alltheseworkslayafoundationforfurtherresearchinthefuture．KeyWords：PortableExoskeleton；LowerExtremity；KinematicsAnalysis；TrajectoryPlanning；Simulation1引言性，在Solidworks中建

6、立外骨骼三维模型，然后导人Adams中构建人体虚拟样机模型，并进行运动学仿真。携行式外骨骼是一种新型的具有可穿戴功能的人机耦合装置，整个系统涉及机械、仿生、传感、控制和信息处理等多项技术，2携行式外骨骼及其组成主要用于进行负重运动。在军事领域，外骨骼由于能够有效提高携行式外骨骼模拟人体骨骼系统，通过“人机一体化”技术，士兵携行和作战能力因而无疑具有很大的吸引力；同样，在医学与士兵合二为一，将人类的智慧和机器力量完美结合，并充分发领域，外骨骼正逐渐被广泛应用于形体康复训练。因此，不管在民挥各自的优势，使得士兵能够轻松实现负重长途行军，完成各种用还是军事领域，为人体负重运动提供支撑和辅助的智能化

7、携行作战任务。它设计的基本思想是使负重通过外骨骼系统传至鞋机械装置，已经成为近期国内外研究的热点。体，而后传至地面，以此减轻人体的负重13]，强调人机之间的交互人体的运动灵活多变，而外骨骼工作时依附人的体表，因与配合，即人机耦合情况。通常外骨骼机械结构由一系列多杆开而，外骨骼的运动具有其特殊性，分析和研究外骨骼运动特性能链机构组成，其主要部位安装传感器，由传感器采集身体各处位有效的保证其穿戴舒适性和运动协调性