伴随着科技的进步和生活水平的提高,下肢外骨骼与智能轮椅等助老助残机器人已成为医疗康复领域研究的热点。下肢外骨骼穿戴在下肢残疾者身上,辅助他们站立与行走;智能轮椅能够导航避障,为下肢残疾者提供代步等功能。本课题研究与设计下肢外骨骼及其配套的智能轮椅,以期同时满足用户的代步、短暂行走、监护与娱乐等多种需求。论文主要研究工作与创新如下:研究国内外相关文献,提出了下肢外骨骼及其配套的智能轮椅创新设计思路,并确立了其整体研究方案。通过分析人体下肢结构和运动机理,确定外骨骼的结构方案与控制方案,结构方案包括关节自由度的配置、驱动方式的选择和传感器的布局等,控制方案包括控制策略的选取和控制系统的构建。完成下肢外骨骼的仿生结构设计。研究选取外骨骼驱动关节的电机与减速器,并结合拟人化的设计准则,对外骨骼髋关节、膝关节、踩关节和兼容调节机构等进行设计,基于UG环境建立外骨骼三维整体模型。利用Workbench对模型的关键部件进行有限元分析,完成强度校核。建立下肢外骨骼运动学与动力学模型。通过简化下肢外骨骼整体结构,建立其运动学与动力学简图。利用D-H法对外骨骼进行运动学分析并求正解。利用拉格朗日法对外骨骼进行动力学分析,求解驱动关节力矩。对下肢外骨骼进行运动与控制仿真研究。建立基于ADAMS的外骨骼虚拟样机,分析外骨骼运动学特性;加入人体模型,分析外骨骼人机模型的动力学特性,结果表明外骨骼的驱动选型、结构设计是较为合理的。搭建基于Simulink与ADAMS的联合仿真平台,采用PID算法对外骨骼人机模型进行控制仿真研究,仿真结果验证了控制模型的正确性和控制策略的有效性。完成下肢外骨骼和智能轮椅的集成创新设计。通过人机分析获取轮椅的主要设计参数,对智能轮椅的功能结构及与下肢外骨骼的装配结构进行设计,完成智能轮椅与下肢外骨骼的模型装配。装配结果表明,外骨骼与智能轮椅之间无干涉,协作性较好。从智能轮椅的功能实现角度,对智能轮椅进行人机交互的概念设计,并构建其总体控制方案。