人体躯干能够根据负载重量而自适应调节前倾角度,有利于人体对下肢外骨骼的控制和人机系统行走稳定性。当超出一定负重时,躯干前倾困难。设计一种新型髋背结构,利用负重重量增加躯干前倾角度。首先分析人体步态,方便仿真时施加约束和驱动等元素;然后将人体简化为七杆模型,用Kane方法建立动力学方程,减少中间变量,提高计算效率;最后通过Adams进行动力学仿真验证。仿真得到的结果表明承载负重之后,髋背机构能使人体躯干前倾更加省力,人机系统重心位置相比于之前接近稳定区域,并且系统重心比之前有所降低,进一步保证系统稳定。

针对负重型下肢外骨骼机器人存在的问题提出了一种新的下肢外骨骼机器人重心自适应凸轮连杆机构。具体位置在外骨骼机器人髋关节与靠背板之间新机构可以满足人体躯干与负重作相反转动使人体上肢躯干重心前移抵消负重带来的反向力矩躯干前倾可增强人体负重行走稳定性。首先分析了新机构工作原理其次通过重心变化和载荷分配分析验证了新机构有效性最后对机构仿真验证得出不同负重对应不同躯干的前倾角度达到重心驱动的效果。MATLAB仿真结果表明:新结构能够满足人体随不同负重而调整对应前倾角度。