桓 茜，王 伟

（陕西工业职业技术学院航空工程学院，陕西咸阳712000）

0 引言

下肢外骨骼助行机器人是一种双足动力行走系统，主要服务需要医疗康复、助力行走的人群[1-3]。目前外骨骼机器人的驱动方式主要有气压驱动、液压驱动及电动机驱动3种方式。气动驱动设计简单，但驱动力较小，控制精度较差。液压驱动的结构紧凑，但驱动力矩和响应速度不够平稳。电动机驱动的安装和控制方式比较简单，主要是通过安装在人体下肢重要关节的关键自由度处来实现运动功能[4-6]，但整体尺寸和质量有所增加。

文献[7]采用直流电动机和谐波减速器驱动外骨骼，电动机与外骨骼垂直布置，轴向尺寸较大，承载不平稳。文献[8]在髋关节两侧垂直布置了驱动电动机，膝关节采用四连杆机构，并依靠髋关节的惯性力作为驱动源，除了髋关节之外，其他关节自由度都是被动的。文献[9]设计了步进电动机和弹性元件驱动外骨骼，增加了机构的柔顺性，但外骨骼的驱动响应的稳定性较差。

本文设计一种伺服电动机驱动的外骨骼式下肢助行机器人的机械结构，伺服电动机通过一个锥齿轮换向装置实现与机器人腿部平行布置方式，增加了机构运动的平稳性。利用ABAQUS软件求解机器人在不同运动姿态下的应力和形变，通过机械系统动力学自动分析（automatic dynamic analysis of mechanical systems，ADAMS）软件求解各关节的运动学曲线，以为机器人机械的结构改进和控制设计提供一定的依据和支撑。

1 外骨骼式下肢助行机器人机械结构设计

1.1 外骨骼式下肢助行机器人特征

外骨骼式下肢助行机器人各段长度设计为：臀部宽327 mm，大腿长度430 mm，小腿长度372 mm，足长260 mm，足宽102 mm。……