交叉学科：机械工程/生物技术
现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering）
基于ADAMS的助力型外骨骼特征动作
驱动液压缸运动学研究
李贤坤，刘放，迟振华，赵兴忠
（西南交通大学机械工程学院，成都610031）
2014年第8期
摘要：以助力型外骨骼为研究对象，以建立助力型外骨骼运动学模型以及分析外骨骼运动学特性为研究目标，以运动生物力学为基础，选择单膝下跪起立动作为特征动作，采用多层次光学捕提系统采集人体运动数据，采用多波峰（波谷）最小二乘法进行数据拟合，得到人体运动时特征角度的数学模型。助力型外骨骼在完成动作时需要与人体高度借行，因此将特征角度的数学模型运用到助力型外骨骼中，建立外骨骼三维模型，在ADAMS软件中完成外骨骼特征动作伤真，以此来分析外骨骼运动学特性
关键词：助力型外骨骼；运动生物力学；特征动作；多波峰(波谷)最小二乘法；运动学特性中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1671—3133(2014)08—0032—04
Kinematicsresearchofexoskeletoncharacteristicactionactivated
hydrauliccylindersbasedonADAMS Li Xiankun,Liu Fang, Chi Zhenhua ,Zhao Xingzhong
(School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)）
Abstract ; Choose help exoskeleton for the study in order to establish the modeling of the assist -type exoskeleton and analytical ki-nematics characteristic of exoskeleton. Based on sports biomechanics , select one knee -stand up action for characterized action . Use multi-level optical capture system to capture human motion data , and multi-peak ( trough ) method of least squares to fit data Therefor get the mathematical model of the human motion characteristic angle . Help exoskeleton complete the characteristic action with body aooompanying , then the mathematical model of characterized angle must be used to help exoskeleton . Establish three-di-mensional model of the help exoskeleton , and simulation the characterized action of help exoskeleton in ADAMS to analyze the ex -oskeleton kinematics.
Key words : exoskeleton ; sport biomechanies ; characterized action ;least squares method ;kinematie characteristic
0引言
人体外骨骼开发和设计的目的是为了增强和扩展人类的能力，就像人发明汽车作为人类腿脚的扩展，发明计算机作为人类大脑的扩展，发明望远镜作为人类眼睛的扩展一样，人体外骨骼可以增强人类的承载能力，甚至解放人类的双腿，使人能够背负更大、更重的重物远程行走
1人体特征动作机理分析
人体运动是在大脑皮层的指挥和调节下，各器官系统协调配合，在人体内力和各种外力的相互作用下，由骨头、关节和肌肉来完成人体局部或整体的运
32
动。在人体中，由骨头、关节连结起来所组成的骨骼构成了人体的支架和基本外形。人们从仿生学角度出发，模仿人类骨、关节的构造和运动，构造人体外骨骼跟随人体一起运动"]。
结合人体习惯性动作以及人体外骨骼需要的功能要求，从消耗体能的角度出发，经过目常细心观察，在人体习惯性动作中，单膝跪起立特征动作不仅有躯干的升降，还包括往前的跨步，这串动作消耗的能量很大，因此本文选定单膝跪起立动作作为分析人体外骨骼的特征动作。单膝跪起立特征动作过程可以分为跨步、下尊以及起立三部分，其人体棍图如图1所示。跨步过程中，左脚向前跨步，右脚掌支撑，人体重心前倾。下跨过程中，左脚掌和右脚前脚掌支撑，身