机械5

康复外骨骼机器人的主要使用人群因长时间无法行走而导致四肢肌肉萎缩的患者等，主要作用是为有行走康复需求的患者提供相应的行走训练。按照结构与功能相适应的原则，提出使用气动肌肉为驱动元件的下肢康复外骨骼机器人机构设计方案。整套外骨骼康复训练系统要保证其实用性，外骨骼满足以下要求： 1.外骨骼应拥有可靠的强度与刚度，但整体外骨骼质量不超过30kg，外骨骼各关节角度的运动范围应达到人体下肢的运动要求。 2.为适应不同的患者，外骨骼的主要尺寸应有一定的调节范围。外骨骼与下肢应有牢靠的固定方式，同时必须兼顾到穿戴的舒适性与方便性，能够至多在一个人的帮助下就能完成穿戴。 3.为辅助患者完成康复行走训练动作，减轻外骨骼负载，安置外骨骼机器人的能源驱动系统，需要设计配套的康复行走辅助小车。为保证移动的便捷性，不应有过多的线路与气路和外界相连。 4.拟人化设计，下肢外骨骼穿戴于人体下肢，通过下肢外骨骼的运动来带动人体下肢运动，因此下肢外骨骼首先应像人体下肢一样，具有相似的物理结构以及运动特征，尤其是各关节自由度的分配，应满足基本的步行运动要求。 5.兼容性设计，外骨骼为典型的人机系统，其服务对象为人，而人的身体形态以及运动特征又是各不相同的，因此在设计外骨骼时应使下肢外骨骼适合多数人群使用，在必要的位置设计腿长腿宽调整机构，使得外骨骼能够适应不同体型的穿戴者。 6.安全性设计，下肢外骨骼作为与人体直接接触的系统，其安全性尤为重要。下肢外骨骼应该具有足够的强度，在使用过程中，下肢外骨骼不仅需要承受自身的重量，同时还要承受穿戴者的重量，并且步行过程中步态交替变化，关节转角常常突变，由此带来的力变化也为结构强度带来挑战。另一方面，人体下肢各关节转动范围是有限的，超过该范围关节将会受到伤害，因此在设计下肢外骨骼时，应确保下肢外骨骼在安全范围内运动，防止下肢外骨骼将穿戴者下肢拉伤。 7.经济环保性，在环境问题日益严峻的今天，产品的经济与环保性也是衡量产品性能的关键指标之一。首先在下肢外骨骼能耗方面应尽量做到低功耗，因此在设计外骨骼时应采用强度高，质量轻的材料，同时在强度得到保证的情况下，尽量减轻下肢外骨骼的重量，以减少所需的驱动力。其实，在设计下肢外骨骼系统时应尽量降低系统成本，尽量少用传感器，尽量选用简单的传感器，以减少设备成本。同时为减少环境污染应选用清洁环保的驱动器以及能源。