曹恩国，高 阳，王 刚，胡伟峰，曹 毅

(1. 江南大学 设计学院， 江苏 无锡 214122； 2. 江南大学 机械工程学院， 江苏 无锡 214122)

目前，外骨骼机器人已经成为国内外各科研机构的研究热点[1-2]。下肢外骨骼是一种可穿戴的机械装置，为穿戴者提供支撑、保护和助行等帮助[3-4]。外骨骼按照动力源可分成主动式和被动式两类：主动式外骨骼需要外部能源提供能量，如BLEEX[5-6]、ReWalk[7-8]、HAL[9]等，整体重量较大，结构较复杂，电池电量耗尽后将严重阻碍人体的运动；被动式外骨骼不需要外部能源的驱动，依靠机械外骨骼自身的传动机构来实现助力。比利时根特大学运动科学系的研究表明踝关节跖屈所需的力量可以从膝关节伸展减速运动中回收，该团队设计的被动式外骨骼可以减少穿戴者(6±2)%的行走能量消耗，但该外骨骼不能移动[10]。美国特拉华大学开发出了一种“重力平衡”被动式外骨骼，这种外骨骼可以在整个步态范围内卸载掉下肢关节的负重，穿戴外骨骼条件下的平均肌电描记(ElectroMyoGraphy, EMG)峰值约为不穿戴外骨骼条件下的25%[11]。澳大利亚国防科技组织研发的被动式外骨骼的柔性电缆系统可以将66%的负重直接传递到地面[12]。美国卡内基梅隆大学设计了一款被动式外骨骼，通过棘轮结构和弹簧收集小腿拉伸与收缩的能量用于行走过程助力，但只能降低7.2%的能量消耗[13]。综上所述，现存被动式外骨骼在负重方面表现出色，但在步行辅助中存在助力效果不明显等缺陷。本研究开发了一种基于重力……