柔性膝关节保护外骨骼及其行走助力方法设计

• 作者: 杨灿军 彭桢哲 徐铃辉 杨巍
• 来源期刊: 浙江大学学报（工学版）
• 关键词: 柔性外骨骼 穿戴式外骨骼 膝关节保护 减重支撑 行走助力
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 机械工程|Mechanical Engineering
• 页码范围: 213-221
• 页数: 9页
• 分类号: TP242.6
• 语种: 中文
• DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.02.001

摘要

设计柔性可穿戴式膝关节保护外骨骼,用于实现人体运动过程中膝关节负载减重及行走助力功能.根据人体生物力学特点,使用固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型与有限元分析设计柔性外骨骼膝关节,该柔性关节在行走运动支撑期具有刚性,能够减轻膝关节体重负载,在摆动期柔性较强,能适应人体生理关节运动特性,不对膝关节造成额外载荷.在柔性可穿戴式膝关节外骨骼结构的基础上,配套设计行走助力模块,研究相应的助力控制方法可以实现步行助力.性能测试实验表明,单侧膝关节保护外骨骼最大能减轻110N的膝关节负载,外骨骼结构自身质量为639 g,减重比大;带行走助力模块的外骨骼系统质量为4.8 kg,能实现步行运动的助力功能.