基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼参数优化

发布时间：2025-05-27 22:11

　　 设计了一款基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼,将人体行走过程中多余的重力势能通过弹簧机构转换为行走过程的动能。为了使外骨骼能够更精准地模拟人体行走过程,达到最佳助力效果,通过使用ADAMS软件进行动力学仿真,与正常人体行走数据匹配,优化弹簧的参数,获得了最佳的助力性能。最终得到最佳的弹簧参数组合为L=120 mm,k=7 N/mm,此参数组合的情况下与人体正常行走参数可达到最佳的匹配度。

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【部分图文】：

图1 外骨骼模型

设计了一款基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼,此外骨骼可以将人体行走过程多余的重力势能转化为行走所需要的动能,储能元件为弹簧,能量锁止和释放机构分别由棘轮机构和链轮机构组成,外骨骼模型如图1所示;外骨骼模型中序号及其名称如表1所示。1.2外骨骼助力过程及关键步态分析

图2 外骨骼助力原理分解模型

释能过程结束后,人体将进入站立相前期,棘爪11和棘轮10处于打开状态,链传动恢复工作,在足底面触及到地面之前,曲柄14伴随着大链轮16做顺时针转动。脚面触及到地面之后,开始了又一次储能阶段,弹簧被拉伸,曲柄14做逆时针运动,在储能阶段末期,曲柄14又一次回到最上方的极限位置,棘轮....

图3 STT运动捕捉系统

为了得到人体正常步态下髋关节的运动角度变化情况,需要使用STT运动捕捉系统,如图3所示;测得80kg的受试者行走过程中的人体步态髋关节角度变化如图4所示;为了模拟穿上外骨骼之后人体髋关节的变化情况,需要将下肢外骨骼模型导入ADAMS软件进行行走过程的仿真,ADAMS运动仿真分析....

图4 人体步态髋关节角度变化

图3STT运动捕捉系统图5ADAMS运动仿真分析

本文编号：4047623