在无外驱动辅助负重外骨骼工作过程中,穿戴者不可避免的接收到来自足底的冲击,而这种冲击在剧烈运动时达到人体自重的5倍,造成足部疲惫,穿戴者会产生不舒适的感受,进而影响工作效率;并且该冲击还会损害穿戴者的脊柱和大脑,严重影响穿戴者的健康。因此,为缓解冲击对人体带来的影响,有必要研究一种具有减振性的足部机构来帮助提高人体在行走过程中的舒适性。本文为了减小人体在高负重情况下穿戴下肢外骨骼时足部与地面接触产生的冲击,提出了一种用于提高足部舒适性的外骨骼足部机构,并基于舒适性的关键指标对外骨骼足部机构进行了优化,提高了穿戴外骨骼时足部的舒适性。本文的研究内容如下:1.本文对足部舒适性的定义与影响因素进行了调研,确定了可以优化的舒适性因素;同时分析了人体行走过程中步态周期下足部各骨骼的受力,结合舒适性评价指标与足部受力特点以及机械振动理论提出了一种外骨骼足部机构,该机构基于步态周期的足底受力特点可划分为五个阶段,结合各阶段的受力,提取出振动数学模型,为下文的设计与优化提供了理论基础。2.本文验证了振动数学模型的正确性,并基于该振动数学模型分析振动参数对舒适性因素的影响。第一步研究了振动参数对绝对传递率的影响,从而用绝对传递率来约束振动参数,为优化振动参数提供边界条件。第二步应用绝对传递率与均方根加速度值作为优化振动参数的目标函数。第三步应用MATLAB遗传算法工具箱函数优化振动参数,得到最优的振动参数值,优化后的振动参数可用于下文中足部机构零件尺寸参数的确定。3.本文建立了基于路面随机不平度的足底时域振动模型,以白噪声为输入源得到路面高程作为足底振动输入源,利用MATLAB Simulink搭建振动模型,最终将获得的加速度值处理,验证了均方根加速度值满足舒适性条件。4.本文利用优化后的振动参数值确定外骨骼足部结构零件的尺寸参数值,然后建立了足部机构的三维模型,并在ANSYS Workbench中仿真出固有频率与足底加速度值。仿真结果表明:该足部舒适性机构穿戴时,不会因为共振对人体产生损伤,而且满足减振性的舒适性指标,能较好地提高人体穿戴外骨骼时的足部舒适性。本文为外骨骼足部机构的设计提供了一套较为完整的设计方法,对于其他外骨骼的足部设计以及踝关节康复机构的设计具有借鉴意义。