ｐ ｌ ｎｎ ａ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ａ ｎ ｅ ｘ ｏ ｓ ｋ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｍ人机耦合方式 ， 能够为人体 负重运动提供 必要的 支撑 和辅助 。下肢 结构作为整个
系统的核心组成 ， 其运动轨迹 的实现情 况将会 直接影响外骨骼穿戴舒适性和运动协调性 。从运动学角度 出发 ， 对外骨骼
下肢结构及 自由度和动态稳定性进行 了分析 ， 利 用坐标 变换和 Ｄ — Ｈ方法建立外骨骼下肢运动模 型并 实现下肢运动轨迹
（ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ３ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｅ ｓ ｔ ｂｌ ａ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ，ａ ｎ ｄ ａ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ｌ ａ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ｆ ｏ ｒ ｋ ｉ ｅｍ ｎ ａ ｔ ｉ ｅ ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｖ ｌｉ ａ ｄ ｔ ａ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｂ ｄ ｎｄ ａ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｓ ｆ ｏ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｎａ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ ｌ ｙ ａ ａ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ
规划。利用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 建立 了外骨骼三维模型 ， 将其导入 Ａ ｄ ａ ｍｓ中构建虚拟样机模 型进行运动学仿真。仿真结果验证 了
运动学模型及推 导公式的正确性 ， 为进 一步研究携行式外骨骼打 下了理论基础。 关键词 ： 携行式外骨骼 ； 下肢 ； 运动学分析 ； 轨迹规划 ； 仿真 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ １ ７ １ － ０ ４
第 ２期
２ ０ １ ４年 ２月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ １ ７１
携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真
易嘉伟， 程文明， 濮德璋
（ 西南交通大学 机械工程研究所 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
Ｔｈ ｅ Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍｉ ｔ ｙ Ｐｏ ｒ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ Ｅｘ ｏ ｓ ｋ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｎ
ＹＩ Ｊ ｉ ａ － ｗｅ ｉ ，Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｗｅ ｎ － ｍｉ ｎ ｇ ， Ｐ Ｕ Ｄ ｅ － ｚ ｈ ａ ｎ ｇ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｅ ｘ ｏ ｓ ｋ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｎ ， 傩ａ ｎ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｗ ａ ｙ ｏ ｆｍａ ｎ－ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｎ ａ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｔ ｎｃ ａ ｅ ｒ ６ Ｄ ｄ ｙ ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ａ ｋ ｅ ｙ ｐ ａ ｒ ｔ ｆｗ ｏ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｉ ｔ ｓ ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｅ ｘ ｏ ｓ ｋ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｎ ｗ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｎｄ ａ ｍ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｏ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ，ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ ｎｄ ａ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｒｅ ａ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ，ａ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｍ ｂ ｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ｂｌ ａ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ａ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄ— Ｈ ｒ ｕ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｊ ａ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ