髋关节助力外骨骼的设计与研究

于仿生设硕±论文髋关节助力外骨骼∞设计与研究计原理的BLEEX外骨骼机械腿具有与人体下肢相似的结构,外骨髂的自由度均与人体下肢关节对应。外骨骼通过特制的靴子与背心与穿戴者结合,机械腿跟随人体腿部运动,实现助力的功能。 BLEEX外骨骼的髋关节与踝关节各处设计了3个自由度,外骨骼膝关节处有1 个矢状面内的自由度,这14个自由度确保了人体在穿戴外骨骼后仍然能够做出各种复杂动作。其中,位于矢状面内的6个自由度均由液压系统提供辅助力,减轻人体运动负担。外骨骼位于冠状面与水平面的8个自由度,由于在运动过程中耗能较少,需要靠人体自身调节。 BLEEX外骨骼的控制系统由传感器与运动控制器组成,分布于外骨骼各个关节处的传感嚣负责收集人体与外骨骼的当前运动状态,井将采集到的信息反馈给运动控制器。运动控制器的核心为SAC(seIlsmvityAmplificationContr01)控制方法,由该控制方法控制BLEEX下肢助力外骨骼的主动驱动系统,可以使人体只需使用很小的力就能实现外骨骼机械腿跟随人体运动的目的p1]o运动控制器通过传感器反馈信息判断人体当前运动意图,并据此调整外骨骼驱动系统的输出,实时调整外骨骼的运动状态。图1 2BLEEX主动式下肢助力外骨骼真实战场环境存在着复杂多变的特性,为了使外骨骼能够在各种复杂的战场环境下进行工作,洛克希德·马丁公司对BLEEX外骨骼进行了改进,并研制出一款结构更加简便、环境适应能力更强的HULC(Human Universal Load Carrier,简称HULC) 外骨骼。 HULC仍然采用SAC控制法控制外骨骼的运动,控制系统通过安装有传感器的外骨骼靴子,获取穿戴者的步态信号,进而控制外骨骼的运动。其结构设计方面采用人体仿生机械设计,简化了外骨骼的结构,并使得外骨骼能够快速的随人体做出奔跑、下蹲、匍匐等复杂的战术运动,增强了战场环境的适应性。