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.设计一种新型髋背结构,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,髋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.
针对负重型下肢外骨骼机器人存在的问题,提出了一种新的下肢外骨骼机器人重心自适应凸轮连杆机构.具体位置在外骨骼机器人髋关节与靠背板之间,新机构可以满足人体躯干与负重作相反转动,使人体上肢躯干重心前移,抵消负重带来的反向力矩,躯干前倾可增强人体负重行走稳定性.首先分析了新机构工作原理,其次通过重心变化和栽荷分配分析验证了新机构有效性,最后对机构仿真验证得出不同负重对应不同躯干的前倾角度,达到重心驱动的效果.MATLAB仿真结果表明:新结构能够满足人体随不同负重而调整对应前倾角度.
