7.2 角度调节 20

8 腿部外骨骼校核分析 21

8.1 有限元分析 21

8.2 重量检测 26

结  论 28

致  谢 30

参 考 文 献 31

1 引言

1.1 本课题工程背景

我国边防地区地形复杂，高原、山地、森林、沟壑等路面颇多，在这些地形上，难以依靠车辆行军，一旦战争爆发，只能依靠人力运输物资。而负重超大载荷远距离行军大大削弱了战士们的作战能力，而且如若遇到电力供应不充足的情况下，很需要一种可使战士背负较重的载荷时也能觉得很轻松的机构，从而提高士兵的行军速度和越障能力。传统的设备能够实现上述功能，但是却使大部分负载重量作用在士兵的肩膀上，其使载荷与人体接触的部位软化，将一些载荷转移到与身体连接的其他部位承担，例如硬化轻质架等等[ ]。这限制了士兵所能携带负载的最大重量，同时人的骨骼长期承受大负载将会导致深远影响和严重危害。腿部外骨架支撑式的携行机构能提高士兵的承载能力，使士兵能够负重长途跋涉。本课题的目的就是设计一种用于携行较大重量载荷的腿部外骨架支撑式的纯机械携行机构。这种适用于人体穿戴的腿部支撑机构也可称为腿部外骨骼，来承担人体腰腿的大部分受力，将其传递至地面，使得士兵能够轻松穿越复杂地形。

1.2 国内外研究现状

1.3 腿部外骨骼的研究意义

国内外所设计的腿部外骨骼支撑机构大多依靠外部助力源来维持动力，从而带动人体运动。这种设计有利也有弊，一旦外部助力源停止供应，这类装置反而成为了负担。因此，持续长时间起到支撑人体负重，协助人行走成为必须要解决的问题。本文所做的设计采用不依靠外部助力源的方式，因此不受外部助力源的限制。实现战士长途负重并不感到劳累，将大大提高我军单兵运输能力，进而增强我军战斗能力，就能在战争中掌握更多的主动权。当发生地震等自然灾害，车辆难以行进的地区只能徒步运输物品时，穿戴这种装置的战士可以携带更多的救援物资进行远距离运输，从而减缓灾情。因此这种不依靠外部助力源的携行装置在军事领域有一定的研究价值。论文 网

1.4 本文研究的主要内容

本课题设计一种适用于人体穿戴的腿部支撑机构，可承担人体腰腿的大部分受力，并将其传递至地面。运用“损有余而补不足”的原则，实现人体轻松负重行走。

本文所做的主要内容包括：

1) 人体行走时腿的运动分析；对人体行走进行简单步态分析，对人体负重行走时重心移动问题进行分析。

2) 进行腿部外骨骼的机械设计；包括大腿外骨骼、小腿外骨骼、膝关节、髋关节、踝关节等设计，筛选出相对优越的设计方案。

3） 腿部外骨骼各关节的受力分析；根据各关节所需承担的载荷设计对其进行受力分析，通过计算选择合适的弹簧和扭簧装置。

4） 有限元校核分析；对各个零件进行有限元分析，求出各零件在承担相应载荷时的应力、位移和应变，校核各零件。