一种骑乘式下肢助行器结构设计与仿真分析

发布时间：2021-08-20 16:38

　　为了帮助老年人或腿脚无力人员行走,设计了一种骑乘式下肢助行器。首先将设计的机构在三维软件SolidWorks中制作成实体零件,并组装成装配体得到虚拟样机,然后对助行器在平地上进行助力行走的步态分析,求出助行器平稳助力行走时的各关节角变化规律,最后使用虚拟样机技术在ADAMS环境中将关节角变化规律用于样机的运动仿真分析。仿真结果表明,助行器虚拟样机能够稳定、适时的助力行走,验证了设计的功能和有效性。同时,也为下一步的选型优化和驱动控制研究奠定了基础。 

【文章来源】：锻压装备与制造技术. 2020,55(01)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

助行器整体结构模型图

助行器助力行走时，骑座始终对裆部保持托举力，就会对行人行走时提供行走助力或者下蹲时提供蹲坐休息支撑力。通过伺服电机驱动安装在膝关节小腿上的同步带轮来调整支撑大腿与支撑小腿之间的膝关节摆角，使人体裆部获得来自骑座的托举力。在ADAMS中构建传动系统概念模型，如图2a所示：髋部和大腿、大腿和小腿之间通过旋转铰链连接，髋部和小腿之间通过同步带传送动力；结合人体下肢实际结构尺寸和人体工程学理论，使用滚珠轴承和带轮构成可以旋转活动的髋部和膝关节，通过安装在骑座后侧大腿杆末端的伺服电机提供驱动力，利用同步带传送动力，驱动同步带轮来调整膝关节摆角。在SolidWorks中设计传送系统各部件，如图2b所示；在SolidWorks软件装配体环境中，将设计好的传送系统各部件进行连接装配得到助行器传送系统三维模型如图2c所示。1.3.3 骑座系统设计

骑座设计考虑到助行器需要始终跟随贴紧人体裆部，因此将其形状设计为前后向上弯曲，以使来自骑座前后和裆部的辅助失力能够稳定的传递到人体腹股沟区域，达到托举减负目的[8]。因此，在骑座上部与骑座下部之间装置传感器，根据检测到的骑座受力情况适时向上提供托举力，如图3所示。同时，为了实现助力行走时，两腿可以自由迈动以及迈步腿的重量可以加载在助行器支撑腿的补偿上，骑座结构采用单点联动轴和两个圆弧形轨道，来模拟人体髋部结构运动。左右两个圆弧形轨道构成了两腿前后伸缩摆动机构的轴线，滑块组合里的滚子和圆弧形轨道之间传递的力矢量始终指向圆弧的中心，从而实现助力行走时髋部轴线的自由旋转，达到自由迈步收腿的目的。另外，采用圆弧形轨道，使弧形轨道两顶端连线即上端轴线高于骑座部分，保证了骑座位置的稳定。因此，不用进行绑缚，骑座便可以紧贴裆部提供向上助力。2 助行器运动学步态分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]仿人机器人的机械结构设计与控制系统构建[J]. 罗庆生,陈胤霏,刘星栋,朱琛.  计算机测量与控制. 2019(08)
[2]外骨骼穿戴式助力助行机器人技术综述[J]. 朱惠盈,杨海乐,林星羽.  计量与测试技术. 2019(07)
[3]双足机器人平地行走步态规划的研究[J]. 徐历洪,邹光明,余祥,王文圣.  机械设计与制造. 2019(04)
[4]Step函数在UG运动仿真中的应用[J]. 邢智雄.  重工与起重技术. 2017(02)
[5]基于并联机构的仿人机器人结构设计[J]. 戴珊珊,陈庆贺.  组合机床与自动化加工技术. 2011(11)
[6]基于ADAMS的双足机器人建模与仿真[J]. 梁青,宋宪玺,周烽,王永.  计算机仿真. 2010(05)

硕士论文
[1]双足机器人步行仿真与实验研究[D]. 史耀强.上海交通大学 2008



本文编号：3353849