下肢外骨骼助行机器人驱动系统分析VIP免费

2013年7月第41卷第13期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAUUCSJul．2013V01．41No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．13．048下肢外骨骼助行机器人驱动系统分析刘会勇1，赵青2(1．贵州大学机械工程与自动化学院，贵州贵阳550003；2．贵州大学土木建筑工程学院，贵州贵阳550003)摘要：下肢外骨骼助行机器人驱动系统的性能对于保证穿戴者和机器人之间的相互协调并真正实现“人机一体化”至关重要。简要分析了人体下肢运动机制，介绍下肢外骨骼助行机器人驱动系统研究现状，并且对各种不同的下肢外骨骼助行机器人驱动系统进行分析，为下肢外骨骼助行机器人驱动系统的设计提供参考。关键词：下肢；外骨骼；助行机器人；驱动系统；人机一体化中图分类号：TP242．6文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)13—168-4AnalysisofLowerExtremityExoskeletonWalkerRobotDrivingSystemLIUHuiyon91，ZHAOQin92(1．CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550003，China；2．CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550003，China)Abstract：Theperformanceofthedrivesystemoflowerextremityexoskeletonwalkerrobotisessentialtoensurecoordinationbe—tweenthewearerandtherobotandtherealman—machineintegration．Thehumanlowerlimbmovementmechanismwasanalyzed，thentheresearchstatusofthelowerextremityexoskeletonwalkerrobotdrivesystemWasdescribed．Avarietyofdifferentlowerlimbexo—skeletonwalkerrobotdrivesystemswereanalyzed．Itprovidesareferencefordesignofthelowerextremityexoskeletonwalkerrobotdrivesystem．Keywords：Lowerextremity；Exoskeleton；Walkerrobot；Drivingsystem；Man-machineintegration下肢外骨骼助行机器人是穿戴在操作者下肢外部的一种典型的人机一体化系统，综合了检测、控制、信息融合等机器人技术，将操作者的智力和机器人的“体力”结合在一起，其功能主要是提供动力来辅助正常人的运动如行走、跑步、登山等，从而增强人们行走的能力和速度，缓解人在大负重和长时间行走的情况下极易出现的疲劳感，因此，可用于军事、科考、旅游、交通等各方面，具有广泛的应用前景‘1—2|。下肢外骨骼助行机器人的驱动系统是实现其主要功能的重要环节，其柔顺性的优劣至关重要。驱动系统要求快速完成预期的动作，且输出转矩大，机械效率高；响应速度要快且动作平滑，动态性能好。此外，还应当具备动作灵敏度高、效率高、体积小、质量轻、可靠性高、控制精度高等技术特点心o。作者首先简要分析人体下肢运动机制，然后介绍下肢外骨骼助行机器人驱动系统研究现状，并对各种典型的驱动系统进行分析，为下肢外骨骼助行机器人驱动系统的设计提供参考。1人体下肢运动机制分析人体下肢组成结构‘卜43见图1，由盆带骨和大腿骨、小腿骨、足骨以及肌肉组成，以髋关节、膝关节以及踝关节进行连接。图1人体下肢组成结构人体下肢的各种运动均是在神经系统的控制下，收稿日期：2012—06—11基金项目：贵州省自然科学基金(黔科合J字[2009]2234号)；贵州大学引进人才基金(贵大人基合字(2008)039号)；贵州省重大专项基金(黔科合重大专项字(2009)6003号)作者简介：刘会勇(1979一)，男，博士，研究方向为机电系统的测量及控制。E—mail：heartext@163．com。万方数据第13期刘会勇等：下肢外骨骼助行机器人驱动系统分析·169·依靠肌肉和骨骼的相互作用来实现，是骨盆、大腿、小腿和足这4个部分相对运动的合成结果⋯。髋关节由髋骨的髋臼、股骨头和股骨颈构成，是个典型的球窝关节。其辅助结构主要有关节孟(加深关节窝)、骼股韧带(限制大腿过度向后伸)、耻骨囊韧带(限制大腿外展)和坐骨囊韧带(限制大腿内收)。髓关节可以围绕3个运动轴作屈／伸、内收／外展、环转和回旋运动。产生膝髋关节各种不同运动的肌肉比较典型的有股直肌和臀大肌¨。。髋关节结构图和主要屈伸肌H’见图2。《a)俄关节t”股直肌(c)臂大肌图2髋关节结构图和主要屈伸肌膝关节由股骨内外侧的髁关节面、髌面、胫骨的内外侧髁关...