李美成，陈岱民

(1.长春理工大学 机电工程学院，长春 130022;2.长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

基于ANSYS Workbench的穿戴式外骨骼髋关节横梁优化设计

李美成1，陈岱民2

(1.长春理工大学 机电工程学院，长春 130022;2.长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

应用拟人设计方法构建穿戴式外骨骼模型，对其关键部件髋关节横梁进行了拓扑优化和目标驱动优化，减轻了髋关节横梁的重量，使其结构合理、穿戴舒适，为进一步研究穿戴式下肢外骨骼奠定基础。

ANSYS Workbench;静力结构分析;优化设计;外骨骼

0 引言

外骨骼是一种可穿戴在下肢外部的行走助力机械装置(亦称穿戴式外骨骼)，涉及到机械、仿生、传感、控制和信息处理等多项技术。外骨骼主要是通过模拟人体下肢骨骼系统，仿照下肢行走步态来设计，装备人体下肢的外骨骼助力系统，对下肢障碍者进行康复训练［1］。可穿戴式外骨骼的研究最早出现于美国，其次是日本。国外穿戴式外骨骼代表是美国的BLEEX(Berkeley Lower Extremity Exoskeleton)、日本的HAL(Hybrid Assistive Leg)和新西兰一家生物技术公司研发的雷克斯(Rex)(Robotic Exoskeleton)外骨骼机器人。国内的浙江大学、中科院合肥智能所都研制出了可穿戴式步行助力机器人原型样机［2］。在国内外穿戴式外骨骼的研究中都存在以下不足:

(1)尺寸不可调，不能广泛适用于各类型患者;

(2)主动关节驱动为气缸驱动，由于气缸的行程长度影响外骨骼关节运动范围，下肢得不到高效、充分的康复训练;

(3)下肢外骨骼自由度都有所精简，外骨骼运动只能在二维平面能运动。……