谢吟絮 陈云飞

关键词：膝关节外骨骼;流体弹簧;阻尼孔;AMESim仿真

0引言

下肢外骨骼是一种运动辅助装置，不仅有固定关节保护韧带的作用，还能提高穿戴者运动能力。随着老龄化速度增加，2018年底中国60岁以上老龄人口已经占到人口总数的17.9%，而50～70岁的老年人大约有半数患有下肢关节疾病。随着年龄的增大，关节炎与肌肉萎缩会直接导致中老年人的下肢运动能力大幅降低，从而严重影响中老年群体的生活质量，因此针对中老年人以及下肢运动康复人群的下肢外骨骼有着巨大的发展潜力。目前外骨骼大多采用有源驱动方式，其主要缺点在于结构复杂、体积庞大、重量较高，并且受到动力源（电池、电源、汽柴油等）的限制，极大限制了外骨骼使用场景、续航时间和工作效率。本文中提出的新型膝关节支架以流体弹簧为无源动力驱动，体积小、重量轻、结构简单，且解决了目前有源驱动外骨骼受动力源限制的问题。本文利用流体弹簧的原理，对外骨骼驱动单元进行参数设计计算，并且完成流体弹簧Solidworks的三维建模，并且推导出工作压强及回复力与液压缸参数之间的定量公式。本文将对流体弹簧单元基于液压仿真软件AMESim进行液压系统建模，旨在得到不同直径的阻尼孔产生的阻尼力与系统回弹速度的关系。

1流体弹簧参数设计及建模

为了方便使用者穿戴，外骨骼需要尽量轻便，因此流体弹簧驱动单元体积要小，同时还需要满足提供足够回弹力等要求。……