夏 田，桓 茜，陈 宇，徐建林

（陕西科技大学 机电工程学院，陕西 西安 710021）

1 引言

外骨骼机器人是一种将人体和仿人型机械结构连接于一体的并联机构装置，而这种并联机构又有其独特性，人体在这个装置中基本上是受力者，不需要为外骨骼的运动施力，即外骨骼需要实现在不干扰人体运动的前提下实现助力效果，所以外骨骼机器人的动力学研究是外骨骼技术研究的基本问题之一[1-3]。

下肢外骨骼动力学分析的目的是为了求解各关节在运动状态下所受的力和力矩，为此在分析过程中，将其简化为七杆机构，包含六个关节（两个髋关节、两个膝关节和两个踝关节），然后运用当前常用的划分行走模式方法将动力学研究建立在不同的行走模式下进行动力学建模分析，最后在ADAMS环境下进行人机耦合的动力学仿真，求解关节力矩与运动周期的曲线关系。

2 下肢外骨骼结构原理

以身高为175mm的人体为例，根据《GB/T 1000-1988中国成年人人体尺寸》，将下肢外骨骼康复机器人的各部位尺寸设计为[7]：髋部长度l1=334 mm，大腿连杆长度l2=428 mm，小腿连杆长度l3=430 mm，脚部尺寸l4=68mm。人体下肢各关节的自由度和活动度，如表1所示。

为一种基于液压驱动型的人体下肢外骨骼康复机器人结构示意图，如图1所示。其各连接部件采用铝合金材料；背部、腰部和腿部的束紧带为柔性构件，材料为尼龙。

表1 下肢各关节自由度和活动度Tab.1 Degrees of Freedom and Rang of Motion

下肢外骨骼的结构主要包括背部穿戴装置、大腿部驱动机构和踝部驱动机构。……