双模式外骨骼结构设计与优化

简介

根据双模式外骨骼的结构和功能特性,建立了能够适应下肢座椅模式和上肢托举模式的外骨骼模型,设计了齿轮啮合形式的制动器部件,对外骨骼结构进行了静力学分析,并利用最小二乘法分别对两种模式不同位姿下位移和应力的最大值和平均值进行了拟合,得到不同位姿下位移和应力的最大值和均值拟合曲线。通过拟合曲线,发现座椅模式在膝关节为0°时出现位移最大值,40°时出现应力最大值;托举模式在肩关节为45°时出现位移最大值,0°时出现应力最大值。最后以座椅模式为例对模型结构进行了拓扑优化,优化后结构质量可减少13.23%。将优化前后位移和应力最大值与均值进行了对比,结果表明,优化后不同位姿下的位移无明显变化,但最大应力得到显著降低。