李剑锋， 黄相强， 陶春静， 王飒， 季润

(1.北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124； 2.国家康复辅具研究中心，北京 100176)



膝关节康复外骨骼构型综合与结构设计

李剑锋1， 黄相强1， 陶春静2， 王飒1， 季润2

(1.北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124； 2.国家康复辅具研究中心，北京 100176)

为了探讨膝关节自适应性康复外骨骼机构构型综合与结构设计问题，本文基于人体膝关节屈伸运动实验采集的数据，提取出膝关节运动瞬时螺旋参数；根据膝关节生理结构和膝关节螺旋轴的瞬变特性考究，建立人体膝关节的运动学模型。结合人-机运动相容性、人-机闭链自由度和人-机约束力矩作用性质分析，提出一种与人体膝关节运动相容的康复外骨骼机构构型；考虑结构简单性和穿戴舒适性，对膝关节康复外骨骼装置进行了结构设计，获得了一套可自适应人体膝关节转动轴线运动特性的膝关节康复外骨骼机构。

膝关节康复；自适应；螺旋轴；运动相容；人-机闭链；构型综合；结构设计；外骨骼

穿戴型膝关节康复外骨骼是典型的人-机一体化系统，康复训练过程中人-机之间通过连接部位的相互作用实现协同运动。因此，要求人-机连接界面不能出现过强的约束力/力矩以避免由此导致的舒适性变差和二次损伤。由文献检索对膝关节康复外骨骼的设计特征可以看出，外骨骼机构的设计主要基于人体膝关节的运动学仿生。因此，人体膝关节运动学模型对于膝关节康复外骨骼设计具有重要意义。……