裴 翔，朱见平，王昊旭

(1.浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310000；2.三联集团 上海申磐产业公司，上海 200120)

0 引 言

可穿戴外骨骼机器人的髋关节设计极大地影响着整体穿戴的效果[1]。美国洛马公司的HULC负重外骨骼机器人，采用液压驱动的三自由刚性髋关节[2-3]，并以此技术研发了下肢康复外骨骼机器人EKSO[4]；日本筑波大学也开发出了世界上第一款全身式助力外骨骼机器人HAL-5[5]；以色列也开发出了自己的下肢助行康复外骨骼机器人REWALK[6-7]；浙江大学基于HULC设计了一款液压驱动下肢外骨骼机器人[8]，其髋关节为刚性串联三自由度设计，在穿戴时明显对人体行走造成干扰；新西兰的REX下肢康复外骨骼机器人更是在行走时，大腿无法完成外展，其在髋关节处仅设计了一个自由度；电子科技大学设计的外骨骼机器人在行走时人体无法自行转向[9]。

在上述外骨骼机器人中，美国的HULC在实际使用时，其髋关节的刚性太强，在行走时影响到了人体大腿的外展与外旋；EKSO简化了HULC的设计，与REWALK一样用于康复领域，在髋关节处仅设计了一个主动自由度，在实际使用时会对人体正常的步态造成干扰；HAL-5是目前人体耦合性最好的，但其结构设计精巧复杂、成本高昂。

在分析了各外骨骼的优缺点后，本文将设计一款三自由度弹性外骨骼机器人髋关节，并使用MPU6050多轴加速度传感器采集人体大腿在穿戴前后各方向上的运动角度，进行对比以验证该设计的可行性。

1 人体髋关节活动分析

髋关节作为一种典型的球关节，其基本的运动为：矢状面内的屈/伸运动，其表现形式为人体的前进与后退；……