為了幫助老年人或腿腳無力人員行走,設計了一種騎乘式下肢助行器。首先將設計的機構(gòu)在三維軟件SolidWorks中制作成實體零件,并組裝成裝配體得到虛擬樣機,然后對助行器在平地上進行助力行走的步態(tài)分析,求出助行器平穩(wěn)助力行走時的各關(guān)節(jié)角變化規(guī)律,最后使用虛擬樣機技術(shù)在ADAMS環(huán)境中將關(guān)節(jié)角變化規(guī)律用于樣機的運動仿真分析。仿真結(jié)果表明,助行器虛擬樣機能夠穩(wěn)定、適時的助力行走,驗證了設計的功能和有效性。同時,也為下一步的選型優(yōu)化和驅(qū)動控制研究奠定了基礎。 

【文章來源】：鍛壓裝備與制造技術(shù). 2020,55(01)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

助行器整體結(jié)構(gòu)模型圖

助行器助力行走時，騎座始終對襠部保持托舉力，就會對行人行走時提供行走助力或者下蹲時提供蹲坐休息支撐力。通過伺服電機驅(qū)動安裝在膝關(guān)節(jié)小腿上的同步帶輪來調(diào)整支撐大腿與支撐小腿之間的膝關(guān)節(jié)擺角，使人體襠部獲得來自騎座的托舉力。在ADAMS中構(gòu)建傳動系統(tǒng)概念模型，如圖2a所示：髖部和大腿、大腿和小腿之間通過旋轉(zhuǎn)鉸鏈連接，髖部和小腿之間通過同步帶傳送動力；結(jié)合人體下肢實際結(jié)構(gòu)尺寸和人體工程學理論，使用滾珠軸承和帶輪構(gòu)成可以旋轉(zhuǎn)活動的髖部和膝關(guān)節(jié)，通過安裝在騎座后側(cè)大腿桿末端的伺服電機提供驅(qū)動力，利用同步帶傳送動力，驅(qū)動同步帶輪來調(diào)整膝關(guān)節(jié)擺角。在SolidWorks中設計傳送系統(tǒng)各部件，如圖2b所示；在SolidWorks軟件裝配體環(huán)境中，將設計好的傳送系統(tǒng)各部件進行連接裝配得到助行器傳送系統(tǒng)三維模型如圖2c所示。1.3.3 騎座系統(tǒng)設計

騎座設計考慮到助行器需要始終跟隨貼緊人體襠部，因此將其形狀設計為前后向上彎曲，以使來自騎座前后和襠部的輔助失力能夠穩(wěn)定的傳遞到人體腹股溝區(qū)域，達到托舉減負目的[8]。因此，在騎座上部與騎座下部之間裝置傳感器，根據(jù)檢測到的騎座受力情況適時向上提供托舉力，如圖3所示。同時，為了實現(xiàn)助力行走時，兩腿可以自由邁動以及邁步腿的重量可以加載在助行器支撐腿的補償上，騎座結(jié)構(gòu)采用單點聯(lián)動軸和兩個圓弧形軌道，來模擬人體髖部結(jié)構(gòu)運動。左右兩個圓弧形軌道構(gòu)成了兩腿前后伸縮擺動機構(gòu)的軸線，滑塊組合里的滾子和圓弧形軌道之間傳遞的力矢量始終指向圓弧的中心，從而實現(xiàn)助力行走時髖部軸線的自由旋轉(zhuǎn)，達到自由邁步收腿的目的。另外，采用圓弧形軌道，使弧形軌道兩頂端連線即上端軸線高于騎座部分，保證了騎座位置的穩(wěn)定。因此，不用進行綁縛，騎座便可以緊貼襠部提供向上助力。2 助行器運動學步態(tài)分析

【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿人機器人的機械結(jié)構(gòu)設計與控制系統(tǒng)構(gòu)建[J]. 羅慶生,陳胤霏,劉星棟,朱琛.  計算機測量與控制. 2019(08)
[2]外骨骼穿戴式助力助行機器人技術(shù)綜述[J]. 朱惠盈,楊海樂,林星羽.  計量與測試技術(shù). 2019(07)
[3]雙足機器人平地行走步態(tài)規(guī)劃的研究[J]. 徐歷洪,鄒光明,余祥,王文圣.  機械設計與制造. 2019(04)
[4]Step函數(shù)在UG運動仿真中的應用[J]. 邢智雄.  重工與起重技術(shù). 2017(02)
[5]基于并聯(lián)機構(gòu)的仿人機器人結(jié)構(gòu)設計[J]. 戴珊珊,陳慶賀.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2011(11)
[6]基于ADAMS的雙足機器人建模與仿真[J]. 梁青,宋憲璽,周烽,王永.  計算機仿真. 2010(05)

碩士論文
[1]雙足機器人步行仿真與實驗研究[D]. 史耀強.上海交通大學 2008



本文編號：3353849