老年人由于年龄增大,下肢肌肉力量薄弱,在行走时极易跌倒。本课题设计了一种外骨骼助行机器人,穿戴在人体腿部,为下肢关节提供辅助力矩,柔性化、轻质化的设计减轻了外骨骼助行机器人的质量,减轻了人体负重,利用人体的平衡机理和反射机理,设计外骨骼助行机器人的仿生控制方法。本文的主要内容:(1)通过平面地形、湿滑地形和复杂地形的步态实验,获得人体膝关节和髋关节的转角数据,以及臀大肌、腘绳肌、内外侧股四头肌的肌肉力数据。利用三轴姿态传感器,获得人体在平地、台阶、斜坡和跌倒的合加速度,为外骨骼助行机器人的跌倒动作提供判断依据。(2)按照功能分解要求,提出4种设计方案,利用加权综合法评价设计方案,获得外骨骼助行机器人的最优方案。建立穿戴者与外骨骼助行机器人的运动学模型和动力学模型,获得弹性带和气囊的几何参数,计算弹性带提供的辅助力矩。根据动力系统要求,设计气囊结构,选择气动配件及传感器,提出外骨骼助行机器人的整体结构。(3)从生理学角度,研究人体运动平衡机理。基于人体稳定区域的评价指标,分析动力学稳定区域与肢体动力学特征的能量关系。根据仿生学理论,建立人体的自然步态模型和姿势反射模型,构建运动神经网络,设计外骨骼助行机器人的控制流程。(4)利用Creo软件建立外骨骼助行机器人和穿戴者的三维建模,设置穿戴者与外骨骼助行机器人的约束关系,将简化的人机穿戴模型导入ANSYS软件,对外骨骼助行机器人的动作执行结构、膝关节及髋关节进行有限元分析。