随着社会的发展,各种因素导致的下肢运动功能障碍的患者日益增多。同时,随着生活水平的提高、医疗技术的发展,人口老龄化问题也日益突出。由于下肢瘫痪患者与老年人有限的活动能力,需要下肢外骨骼机器人辅助其进行康复训练、提高自主生活能力。现阶段普遍采用绑带固连的方式将人体下肢与外骨骼机器人连接在一起,使得人体相对于外骨骼机器人处于过约束的状态。由于人体与外骨骼机器人之间存在着不可避免的关节对准误差,只能依靠人体组织以及绑带的变形来试图弥补。势必在人机接触处产生较大的约束力,让穿戴者产生不适感,甚至对患者造成二次伤害。本课题针对目前存在的这一问题,在国家自然科学基金“面向外骨骼助行机器人的柔顺人机连接原理及实现方法研究”的资助下,对面向下肢外骨骼机器人的柔顺人机连接机构展开研究。使其能够有效适应关节对准误差。确保人体能够跟随外骨骼机器人进行良好运动的前提下,提高穿戴舒适度及适应不同的个体。具体研究内容包括以下几部分:(1)下肢运动学模型分析及柔顺人机连接机构设计:在对人体下肢运动学模型分析的基础上,结合实验室现有的外骨骼助行机器人原理样机的构型,分析外骨骼机器人及人-机连接组成的系统运动链,提出一种柔顺人机连接机构的约束原理,并进行具体结构设计与实现。经过零件加工与装配,完成柔顺人机连接机构原理样机的制作。(2)人-机连接系统刚柔耦合模型与仿真分析:基于绑带连接机构中人体与绑带的变形方式与柔顺人机连接机构中具体的约束原理,分别建立人机系统的刚柔耦合模型。在模型基础上对其进行仿真和对比分析。结果表明柔顺人机连接机构能有效减小人机接触力,尤其是小腿长度方向的接触力,减小了 80%以上。且随着关节对准误差的增加,对人机接触力削减的作用越明显。(3)外骨骼机器人穿戴舒适度评价模型研究:提出一种由接触力信息进行客观舒适度评分的局部舒适度评价模型。在AHP层次分析法理论的基础上,对各局部舒适度根据权重向量进行综合。最终建立两种人机连接方式由接触力进行客观穿戴舒适度衡量的评价模型。(4)柔顺人机连接机构实验研究:搭建绑带及柔顺人机连接机构对比实验系统,分别进行人体运动跟随性、穿戴舒适性以及个体适应性实验研究。实验结果表明,相对于绑带连接机构,在保证人体相对于外骨骼机器人具有良好运动跟随性的前提下,柔顺人机连接机构的平均穿戴舒适度提升了 50%左右,且其对于体质指数为17-24范围的个体具有良好的适应性。本文提出一种柔顺人机连接机构并建立基于接触力的穿戴舒适度评价模型。从仿真及实验分析的角度证明了柔顺人机连接机构在确保人体能够跟随外骨骼机器人进行良好运动的前提下,有效提高穿戴舒适度及个体的适应性。