第 39 卷 第 8 期
2013 年 8 月
北 京 工 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol. 39 No. 8
Aug. 2013
用于检测下肢关节运动信息的外骨骼
机构设计及运动学分析
李剑锋, 邓楚慧, 张自强, 范金红, 马春敏, 刘德忠
(北京工业大学 机械工程及应用电子技术学院, 北京摇 100124)
摘摇 要: 对人体下肢关节的运动属性、直立行走的步态特征及人-机之间关节运动属性差异对人-机相容性的影响
进行了分析,根据下肢康复训练的功能需求并通过在人-机联接环节增置连接关节,提出一种用于检测人体下肢
髋、膝关节运动信息的外骨骼机构. 建立了外骨骼机构关节运动与人体下肢关节运动之间的映射关系,并对人-机
组成的封闭运动链进行了运动仿真分析. 分析表明:外骨骼机构的关节运动与人体下肢髋、膝关节运动之间具有确
定的量化联系,通过安置于外骨骼机构关节处的传感器能检测人体直立行走时的下肢关节运动信息.
关键词: 下肢关节; 信息检测; 外骨骼机构; 机构设计; 运动分析
中图分类号: TH 112郾 1 文献标志码: A 文章编号: 0254 - 0037(2013)08 - 1127 - 07
Design and Kinematics Analysis of the Exoskeleton Mechanism for
Detecting Motion Information of Lower鄄limb Arthosis
LI Jian鄄feng, DENG Chu鄄hui, ZHANG Zi鄄qiang, FAN Jin鄄hong, MA Chun鄄min, LIU De鄄zhong
(College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology,
Beijing 100124, China)
Abstract: The kinematic properties of human lower鄄limb arthrosis, the gait pattern characteristics of
human up鄄stand walking, as well as the influences of the kinematical difference between human arthrosis
and machine joint on human鄄machine consistence are investigated in detail. According to the functional
demand analysis of lower鄄limb rehabilitative training and by adding linking joint into the human鄄machine
connective chains, a novel exoskeleton mechanism used to detect the motion information of lower鄄limb
sciatic and knee arthosises is proposed. The motion mapping between human lower鄄limb arthrosises and
exoskeleton mechanism蒺s joints is established, and kinematics simulation of the human鄄machine closed
kinematic chain is presented. Results show that the motions between lower鄄limb arthrosises and
exoskeleton mechanism蒺s joints have quantificational relationships, and the motion information of human
lower鄄limb arthrosises corresponding to human up鄄stand walking can be detected from the sensors installed
at the joints of exoskeleton mechanism.
Key words: lower鄄limb arthrosis; information detecting; exoskeleton mechanism; mechanism design;
kinematics analysis
收稿日期: 2012鄄05鄄21.
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61273343); 北京市自然科学基金资助项目(3132005); 北京市先进制造技术重点实
验室开放基金资助项目(0010005466909).
作者简介: 李剑锋(1964—), 男, 教授, 主要从事机器人机构学及机械传动技术方面的研究, E鄄mail: lijianfeng@ bjut. edu. cn.
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