ADAMS人体下肢外骨骼三维设计与分析(2)
外骨骼机器人具有极强的军事和商业价值，已经逐渐成为各国研究的一个热点，我国也加大了对其的研究力度。可以预见，外骨骼助力装置在不久的将来，随着科学技术的不断进步，它必将变得更加人性化与智能化，外骨骼助力装置也将广泛应用在包括军事、医疗、工业生产、矿业生产等领域，最终成为不可或缺的产品。
1．2国内外发展历史与研究现状
1．3 外骨骼需要解决的问题及发展趋势
现有的下肢外骨骼机器人主要存在的问题有：一般的外骨骼机器人体积大、重量大、噪声大；与操作者的步态也不能完全吻合；对地面的适应能力以及运动的灵活性不足；能源的重量较大而且供能时间不够持久。因此，未来下肢外骨骼的发展主要呈现出以下几个趋势[11]：
下肢外骨骼应具有很强的学习能力
人类的走姿存在着个体差异，而且根据不同的路况下，行走动作也是不同的，所以想要使用一种模式来预测行走过程是十分困难的。因此，人体助力装置未来发展最为重要的一个趋势就是：外骨骼要具有很强的学习能力，也就是对于不同的操作者，外骨骼能够快速的模拟出一套与操作者行走习惯配套的运动模式。
下肢外骨骼要轻便高效
为了使外骨骼机器人具有更广的应用范围，我们应尽量选择强度较高、质量较小的材料，此外外骨骼机器人应该具有高度的可穿戴性和灵活性，而且不能限制或干涉操作者的运动。另外外骨骼机器人携带的能源必须轻便、高效，能文持外骨骼机器人长时间运动。
下肢外骨骼必须安全可靠
安全第一是所有产品的设计准则，只有安全可靠的外骨骼产品才能够适应各种使用环境，才能被人们放心的使用。
另外，便携式能源、控制方法、结构设计等也是外骨骼设计的关键技术，高效率便携式能源可以保证外骨骼可以在户外长时间工作；合理的控制方法，可以根据人体的运动，预测人体接下来的动作趋势；合理的机构可以使操作者更好的掌控外骨骼。
1．4 本文主要研究内容
人体下肢外骨骼装置是一种用来增强人体下肢力量和耐力的机电一体化产品。本课题在对人体下肢外骨骼工作机理进行分析的基础上，提出人体下肢外骨骼总体设计方案，并进行机械结构三文设计和分析计算，最后对其进行仿真分析。对于本文来说，研究内容主要是一些基础性的工作：
1) 参阅大量文献，对外骨骼的发展历史、现状及趋势作阐述。
2) 对人体结构、自由度进行分析。
3) 参考人体结构对外骨骼结构进行机械结构三文设计和分析，对外骨骼结构、自由度进行分析，对各零件进行强度校核。
4) 利用ADAMS对外骨骼进行动力学仿真分析。
2 外骨骼设计方案
2．1设计原则
1) 可穿戴与可调节性：外骨骼要具有良好的可穿戴及调节性，可以适应各种不同体型的人群，操作者不需要特殊训练就可以快速的穿戴。
2) 减小相互干扰：一些外骨骼由存在于各种各样的原因，可能在人体运动时造成一定的干扰或限制。因此在外骨骼结构设计时，应尽量减少外骨骼与人体之间的直接接触，减少对人体数据的直接采集，减小对人体运动时的限制和干扰。
3) 灵活、舒适：一切设计都是以人为本，外骨骼也不列外，因此外骨骼应尽量灵活、舒适，使操作者在穿戴行走时的舒适度大大增加。
4) 鲁棒性：外骨骼材料要具有足够的强度及韧性，在过载情况下也要保证安全可靠；各驱动机构与控制系统要有较强的抗干扰能力。
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