《表1 关节活动角度范围：穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究》

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《穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究》

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该研究提出的穿戴式下肢外骨骼助行机器人结构和各关节活动角度范围见图1和表1。它具有10个自由度（单腿髋关节3个、膝关节1个、踝关节1个），各关节活动角度范围设定符合人体解剖学和临床步态分析数据[18-19]。因正常人的转动瞬心呈J型曲线，设计四连杆机构模拟正常人行走时膝关节转动瞬心的变化，可实现转动的多轴性，图2为四连杆和膝踝联动机构，通过踝关节顺时针运动带动钢丝绳向下运动，从而带动外侧锁定机构里的挡块向下移动，使膝关节在进入摆动相解锁；在摆动期，挡块在弹簧力的作用下紧贴膝关节支撑片圆弧表面运动；大腿向前屈曲到最大角度时，在大腿杆件和小腿杆件平行的瞬间，挡块插入膝关节支撑片内锁定膝关节；在行走时利用髋关节瞬时爆发力矩和膝踝联动机构，使膝关节自然屈曲和伸展。由于膝关节无动力，设计气弹簧机构，气弹簧一端固定在大腿杆件，一端连接小腿杆件的滑动导轨；行走时气弹簧在滑轨上滑动，不影响膝关节屈曲；在坐下-站立姿态变换时，手动固定活动挡块，使得滑块不能向下移动，从而为膝关节助力。通过Solid‐Works中motion仿真，气弹簧的最大助力为21.517 N·mm，满足站立-坐下的助力需求。电池、电源电路、主控制器、驱动模块和背部姿态传感器等均放在的背包中，髋关节处安装减速比160的谐波减速器和盘式扭矩传感器，各关节均设置机械限位并通过扭矩传感器检测下肢外骨骼机器人与穿戴者之间的力交互，检测运动过程中的意外跌倒，保证行走的安全性。