基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计

李刚; 陈伟; 宋振东

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.017

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基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计

设计计算 | 更新时间：2022-11-10

- 基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计
- Structure Design of Powerless Exoskeleton based on Passive Walking Principle
- 机械传动 2020年44卷第1期页码：99-108
- 作者机构：
  
  1.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁沈阳 110168
  2.深圳职业技术学院机电工程学院，广东深圳 518055
- 作者简介：
  
  李刚（1987— ），男，黑龙江哈尔滨人，博士，工程师，研究方向为机器人机构学与动力学。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2017YFB1307000)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.017
  中图分类号：
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李刚,陈伟,宋振东.基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计[J].机械传动,2020,44(01):99-108.

Li Gang,Chen Wei,Song Zhendong.Structure Design of Powerless Exoskeleton based on Passive Walking Principle[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(01):99-108.
李刚,陈伟,宋振东.基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计[J].机械传动,2020,44(01):99-108. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.017.

Li Gang,Chen Wei,Song Zhendong.Structure Design of Powerless Exoskeleton based on Passive Walking Principle[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(01):99-108. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.017.

摘要

基于被动行走原理，建立了被动两杆行走模型，推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上，设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学，设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果，加工了原理样机，进行了相关测试及实验。

Abstract

Based on the principle of passive walking， a passive two-bar walking model is established， the system dynamics equation is derived and the numerical solution is carried out. On this basis， four energy conversion modules and passive assistant power joints are designed. Combining ergonomics， a powerless exoskeleton structure is designed and kinematics simulation is carried out. Using the theoretical research results， a principle prototype is processed， and the related tests and experiments are carried out.

关键词

被动行走外骨骼动力学方程结构设计原理样机实验

Keywords

Passive walkingExoskeletonDynamics equationStructure designPrinciple prototypeExperiment

references

毛勇，王家廞，贾培发，等.双足被动步行研究综述[J].机器人，2007，29（3）:274-280.

MAO Yong，WANG Jiaxin，JIA Peifa，et al.Passive dynamic biped walking:a survey[J].Robot，2007，29（3）:274-280.

宫明明，朱卫斌，李峰.被动动力步行机器人关键问题研究[J].机械工程师，2006（8）:106-108.

GONG Mingming，ZHU Weibin，LI Feng.Key research point of passive dynamic walking[J].Mechanical Engineer，2006（8）:106-108.

WISSE M，SCHWAB A L，VAN D H F C T．Passive dynamic walking model with upper body[J].Robotica，2004，22（6）:681-688．

COLLINS S.Efficient bipedal robots based on passive-dynamic walkers[J].Science，2005，307（5712）:1082-1085.

CAVAGNA G A，THYS H，ZAMBONI A.The sources of external work in level walking and running[J].The Journal of Physiology，1976，262（3）:639-657.

MORREY J M，LAMBRECHT B，HORCHLER A D，et al.Highly mobile and robust small quadraped robots[C].IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots & Systems.IEEE，2003:82-87.

TEDRAKE R，ZHANG T W，FONG M F，et al.Actuating a simple 3D passive dynamic walker[C].IEEE International Conference on Robotics & Automation.IEEE，2004:4656-4661.

WISSE M，SCHWAB A L，HELM C T V D F.Passive dynamic walking model with upper body[J].Robotica，2004，22（6）:681-688.

王勇，杨杰.基于被动动力式的两足机器人研究现状[J].机械工程师，2005（6）:31-33.

WANG Yong，YANG Jie.The status of study based on passive-dynamic bipedal robot[J].Mechanical Engineer，2005（6）:31-33.

TEE T W，LOW K H，NG H Y，et al.Mechanics design and gait implementation of a quadruped legged robot[C].7th IEEE International Conference on Control，Automation，Robotics and Vision，December 2-5，2002，Singapore.New York:IEEE，2003:826-832.

WISSE M，SCHWAB A L，VAN D L R Q，et al.How to keep from falling forward:elementary swing leg action for passive dynamic walkers[J].IEEE Transactions on Robotics，2005，21（3）:393-401.

OSUKA K，FUJITANI T，ONO T.Passive walking robot quartet[C]//Proceedings of IEEE Conference on Control Applications，August 22-27，1999，Kohala Coast，USA.New York:IEEE，1999:478-483.

OSUKA K，KIRIHARA K I.Motion analysis and experiment of passive walking robot quartet II[J].Journal of the Robotics Society of Japan，2000，18(5):737-742.

OSUKA K，SARUTA Y.Development and control of new legged robot quartet III-from active walking to passive walking[C]//Proceedings of 2000

IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems，31 October-5 November，2000，Takamatsu，Japan，Takamatsu.New York:IEEE，2000:991-995.

SUGIMOTO Y，OSUKA K.Walking control of quasi passive dynamic walking robot "Quartet III" based on continuous delayed feedback control[C]//2004 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics，22-26 August，2004，Shenyang，China.New York:IEEE，2004:606-611.

BOSECKER C J，KREBS H I.MIT-skywalker[C].2009 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics，23-26 June 2009，Kyoto，Japan.New York:IEEE，2009:542-549.

BANALA S K，KIM S H，AGRAWAL S K，et al.Robot assisted gait training with active leg exoskeleton （ALEX）[J].IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering a Publication of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society，2009，17（1）:2-8.

SASAKI D，NORITSUGU T，TAKAIWA M.Development of pneumatic lower limb power assist wear without exoskeleton[C].2012 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems，7-12 October，2012，Vilamoura，Portugal，New York:IEEE，2012:1239-1244.

ESQUENAZI A，TALATY M，PACKEL A，et al.The rewalk powered exoskeleton to restore ambulatory function to individuals with thoracic-level motor-complete spinal cord injury[J].American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation，2012，91（11）:911-921.

BANALA S K，AGRAWAL S K，KIM S H，et al.Novel gait adaptation and neuromotor training results using an active leg exoskeleton[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2010，15（2）:216-225.

佚名.社会养老服务体系建设规划（2011～2015年）[J].中国社会工作，2012（2）:10-14.

Nameless.Construction plan of social pension service system（2011-2015）[J].China Social Work，2012（2）:10-14.

董红亚.我国社会养老服务体系的解析和重构[J].社会科学，2012（3）:68-75.

DONG Hongya.Analyzing and reconstructing the social care service system in China.Journal of Social Sciences，2012（3）:68-75.

佐野明人，鈴木光久.受動歩行由来の無動力歩行支援機ACSIVE[J].理学療法ジャーナル，2015，49(10):889-895.

SASANO Mingren，SUZUKI Guangjiu.The origin of acsve:the principle of passive walking[J].Journal of Physiotherapy，2015，49（10）:889-895.

平光伸次，櫻井健司，砂子俊晴，等.脳血管障害患者を対象とした無動力歩行支援機ACSIVE の装着効果の検討[J].第25回岐阜県理学療法学会抄録集，2015，22:201-205.

HIRAKO Shinji，SAKULAI Takeshi，SUNAKO Toshiharu.Study on the installation effect of acsve in patients with cerebrovascular disorders[J].Transcript of the 25th Qifu county society of physiotherapy，2015，22:201-205.

成大先.机械设计手册：弹簧·起重运输件·五金件[M].5版.北京：化学工业出版社，2004：13-15.

CHENG Daxian.Mechanical design manual:single line，spring，lifting and transportation parts，hardware parts[M].5th ed.Beijing:Chemical Industry Press，2004：13-15.

SERGI F，ACCOTO D，CARPINO G，et al.Design and characterization of a compact rotary series elastic actuator for knee assistance during overground walking[C]//Proceedings of 2012 4th International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics，24-27 June，2012，Rome Italy.New York:IEEE，2012：1931-1936.

田立勇，隋然，宋振铎，等.基于有限元法的固体充填液压支架底座结构参数优化[J].机械设计，2018，35（2）:98-104.

TIAN Liyong，SUI Ran，SONG Zhenduo，et al.Structure optimization for foundation of solid filling hydraulic support based on finite element method[J].Journal of Machine Design，2018，35（2）:98-104.

SANTOS W M D，CAURIN G A P，SIQUEIRA A A G.Torque control characterization of a rotary series elastic actuator for knee rehabilitation[C]//Proceedings of 2013 16th International Conference on Advanced Robotics(ICAR)，25-29 November，2013，Montevideo，Uruguay，2013:1-6.

杨德财.一种新型变刚度关节的设计及其控制研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2016:2-10.

YANG Decai.Design and control of a new type of variable stiffness joint[D].Harbin:Harbin Institute of Technology，2016:2-10.

石元伍，江书圯.动力式老年人助行器人机工程设计[J].机械设计，2018，35（2）:105-108.

SHI Yuanwu，JIANG Shuyi.Ergonomic design of the powered walking aids for the aged[J].Journal of Machine Design，2018，35（2）:105-108.

于明玖，叶军，陆长德.中国成年人尺寸标准在产品设计中的应用方法[J].江苏大学学报（自然科学版），2006（S1）:64-66.

YU Mingjiu，YE Jun，LU Changde.Application of chinese adults anthropometric dimensions standard in product design[J].Journal of Jiangsu University（Natural Science Edition），2006（S1）:64-66.

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