Abstract
针对在海军舰艇上救助伤员的搬运环节，本文设计了一款新型单兵背负式外骨骼担架搬运装置。利用三维建模软件构建了单兵背负式外骨骼担架的三维模型，通过有限元分析技术对所设计的外骨骼担架开展静力学仿真、模态分析和瞬态动力学分析。结果表明，平地行走时，外骨骼担架的最大应力为265.55 MPa，低于其制作材料的许用强度，且整体变形小；模态分析得到的各步态下外骨骼担架的固有频率范围为1.96～28.70 Hz，与人体行走时的摆动频率1 Hz差别较大，表明所设计的结构可以有效避免共振现象的发生。瞬态动力学分析结果表明，外骨骼担架的最大形变和应力均在安全范围之内，满足预期性能要求。综上，本研究设计的单兵背负式外骨骼担架可解决现有担架需2人以上搬运的问题，尤其适用于海军舰艇狭小空间，可为海军舰艇上的伤员救助提供新的方案。
Keywords: 外骨骼, 担架, 结构设计, 有限元分析
Abstract
For the transportation process of rescuing wounded personnel on naval vessels, a new type of shoulder type exoskeleton stretcher for individual soldier was designed in this paper. The three-dimensional model of the shoulder type exoskeleton stretcher for individual soldier was constructed using three dimensional modeling software. Finite element analysis technique was employed to conduct statics simulation, modal analysis, and transient dynamics analysis on the designed exoskeleton stretcher. The results show that the maximum stress of the exoskeleton stretcher for walking on flat ground is 265.55 MPa, which is lower than the allowable strength of the fabrication material. Furthermore, the overall deformation of the structure is small. Modal analysis reveals that the natural frequency range of the exoskeleton stretcher under different gait conditions is 1.96 Hz to 28.70 Hz, which differs significantly from the swing frequency of 1 Hz during walking. This indicates that the designed structure can effectively avoid resonance. The transient dynamics analysis results show that the maximum deformation and stress of exoskeleton stretcher remain within the safety range, which meets the expected performance requirements. In summary, the shoulder type exoskeleton stretcher for individual soldier designed in this study can solve the problem of requiring more than 2 people to carry for the existing stretcher, especially suitable for narrow spaces of naval vessels. The research results of this paper can provide a new solution for the rescue of wounded personnel on naval vessels.
Keywords: Exoskeleton, Stretcher, Structure design, Finite element analysis
0. 引言
在战时伤员救治和灾害医学救援中，救援担架作为运送伤病员的基本工具，是军队卫勤重要的急救装备之一，可以安全快速地帮助伤员脱离现场，将其转运至医疗机构进行救治，有利于提高伤员救治效果，降低伤死率和伤残率。海军士兵外出执行任务时，多数情况下环境较为恶劣，不适合大型转运设备，只能采用担架才能将伤员运送到合适的地方进行救治[1]。而担架种类的选择，对于转运成功与否至关重要。当海军士兵负伤时，需要由救援士兵将其运送到海军舰艇的救护室。海军舰艇的楼道过于狭小，宽度约0.5 m，且楼梯上下阶梯的间距较大，非常陡峭，转弯平台也非常狭窄；使用需要多人搬运的传统军用担架时，会发生上下楼梯非常困难以及难以转弯等情况；稍有不慎，会造成对伤员的二次伤害[2]。海军常见的救援担架中，最著名的是罗宾逊担架，通常以竹片作为担架的骨架，帆布和毛毡作为主体，既可以固定伤者，也适合在狭小空间里进行拖、吊、拽等动作，但是多人搬运不适于上下楼梯。另外比较常用的是斯托克斯担架，虽然可以承受的载荷比较高，但是不能折叠，无法应用在狭窄的空间。
目前，还没有一款单兵即可背负的担架，因此迫切需要一种可以较好适应舰艇舷梯环境的单兵伤员搬运装置，其既可以减小救援士兵的负重，也不会占用过大的体积而难以在狭小的空间里行走[3]。欲实现单兵快速搬运的目标，需要有良好的省力搬运装备。外骨骼装置是一种包覆在人体外部，用于增强人体负重能力、提升救援效率的机械装置，具有穿戴方便、使用简单、与人协同性高、机动性强、应用范围广等众多优点。目前，很多针对减轻负重的研究都采用了外骨骼作为省力装置，尤其是在军用方面。美国洛克希德公司改进的人类通用型负重外骨骼（human universal load carrier，HULC）采用电机驱动，自重24 kg（不包含电池），平均负重70 kg，士兵穿戴后的行走速度约为4 km/h。该产品与伯克利大学研发的伯克利下肢外骨骼（Berkeley lower extremity exoskeleton，BLEEX）类似，不仅自重较大，而且机械结构和电路结构过于复杂[4-5]。2015年国内展示的单兵外骨骼机器人（星云L70，中国兵器集团202研究所，中国），负重为35 kg，行走时速可达4.5 km/h，虽然搭配有武器系统、侦查系统等，但是其最大负载较低，而且移动速度较为缓慢[6]。
基于上述分析，本文设计了一款新型单兵可背负的外骨骼担架，并基于有限元分析技术对所设计的外骨骼担架开展静力学仿真及模态分析；期望通过本文所设计的外骨骼担架不但可以减轻士兵搬运伤员过程中的负重，提高救援效率，还可以更好地适应海军舰艇舷梯狭窄的环境，从而有效地解决目前军用担架不适宜在舰艇中使用的问题，为海军舰艇上的伤员救助提供新的方案。
1. 单兵背负式外骨骼担架设计
1.1. 设计依据
整体结构设计依据中国人民解放军海军装备技术部颁布的《海军舰船装备研制中的标准化工作规定》[7]执行。此外，为贴合人体外形，外骨骼尺寸设计参照了《中国成年人人体尺寸》[8]。
1.2. 整体结构设计
使用三维建模软件Rhino 9.0（Robert mcneel & associates Inc.，美国）绘制整体外形结构，外骨骼和担架均适合身高170～190 cm左右的士兵使用。外骨骼的设计要求是可减重30 kg以上，且平地行走和上下楼梯不受影响。担架的设计要求包括：① 可放平，如普通担架；② 可以一端着地，单人拖拽；③ 可以折叠成坐姿背在后背处；④ 不使用时，可以多次折叠收起；⑤ 可承重100 kg以上，并与外骨骼相连。基于上述要求，所设计的单兵背负式外骨骼担架如图1所示。
图 1.
Overall model of exoskeleton stretcher
外骨骼担架整体模型
1.3. 关节设计
人体下肢共有三个关节，分别为髋关节、膝关节和踝关节，这三个关节的协调运动构成了下肢主要运动方式。本文参考文献[9]的数据，人体下肢关节运动形式和范围如表1所示。基于表1所设计的下肢关节的三维模型如图2所示。
表 1. Movement form and range of lower limb joints.
下肢关节运动形式和范围
| 需考虑的运动内容 | 髋关节 | 膝关节 | 踝关节 | ||||||||
| 运动形式 | 屈曲/伸展 | 内收/外展 | 内旋/外旋 | 屈曲/伸展 | 内旋/外旋 | 跖屈/背屈 | 内翻/外翻 | 内旋/外旋 | |||
| 运动范围/(°) | −120～65 | −30～40 | −15～60 | −120～0 | −10～20 | −20～50 | −30～20 | −15～30 | |||
图 2.
Three dimensional model of lower limb joint
下肢关节三维模型
在外骨骼结构设计中，自由度越多，通用性就越好，但是自由度越多，结构越复杂，整体要求就越高，在实际使用中，更容易出现各种问题[10]。为避免结构过于复杂，本文设计使用三个转动自由度的结构来代替髋关节[11]。髋关节最重要的运动是屈曲/伸展运动，也是消耗能量的主要动作[12]。因此，在此处设计一个电机，以带动人体行走。为防止在行走过程中产生奇点，将内收/外展的自由度设计在腰带处，屈曲/伸展的自由度设计在髋部的电机旁，内旋/外旋的自由度设计在电机下方。
膝关节通常用于控制小腿做屈曲/伸展运动，也可以做小范围的内旋/外旋运动。本文将膝关节简化为一个简单的转动关节[13]。为了保证运动的稳定性，将其内旋/外旋运动的自由度限制在较小的范围内[14]。由于膝关节通常是受力较大的部位，因此该部位选用不锈钢材料制作。在膝关节和髋关节之间设计一根气弹簧，以实现行走过程中的能量存储和释放。
踝关节具有三个自由度，跖屈/背屈为踝关节的主要运动方式，也是承重的主要方式；内翻/外翻和内旋/外旋使脚部运动更加灵活。由于踝关节与地面距离较近而容易与地面形成干涉，且体积较小，在行走过程中能量消耗较低，因此不考虑在踝关节处设计省力结构[15]。为保证运动的稳定性，设计时通过结构简化限制了踝关节内旋/外旋的自由度。
1.4. 长度调节装置设计
为保证人机耦合的协调性和穿戴舒适性，外骨骼应适合不同身高的人穿戴，因此需要在大腿和小腿杆件上设计可调节长度的装置，如图3所示。为方便更换零件和维修，大腿杆件和小腿杆件的长度调节装置均采用相同的原理。用力按下调节圆珠可使内外杆件分离，再将调节圆珠套入其它的调节圆孔中，内部有类似卡扣的结构与之固定。外骨骼的可调节范围在人体下肢平均长度的±10%范围内，以适应不同穿戴者的身体尺寸[16]。
图 3.
Leg length adjustment device
腿部长度调节装置
2. 外骨骼担架静力学分析
2.1. 有限元模型与材料参数
本研究利用三维绘图软件SolidWorks 2021（Dassault Systemes S.A Inc.，美国）绘制简化模型，并将其导入到有限元分析软件ANSYS workbench 19.2（ANSYS Inc，美国）中，为模型赋予材料属性。外骨骼与担架选取的主要材料为加强铝合金，其密度为2 770 kg/m3，屈服强度为363 MPa，抗拉强度为449 MPa。
2.2. 载荷与边界条件
根据人体行走特点，本文选取直立相、单腿支撑相、摆动相、双腿支撑相这4种人体步态进行分析[17-18]。由于不同步态的受力情况有所不同，因此需对每种步态分别施加不同的载荷和约束条件[19]，具体如图4所示。图4中，A为脚部与地面之间的固定约束，B（力1）和C（力2）分别为对左右髋关节施加的垂直方向的载荷，D（力3）为伤员对担架的压力，E为重力加速度。为确保担架的承载能力，伤员的体重设定为100 kg（远超正常士兵的体重），即在担架上施加的最大载荷为1 000 N。
图 4.
Loading and boundary conditions for four kinds of gait
4种步态下载荷与边界条件
2.3. 结果分析
4种人体步态下外骨骼担架应力云图如图5所示。由于应力最大值均位于外骨骼上，为便于显示，图5中隐藏了担架部分，并将最大应力值附近的区域以局部放大的方式给出。从图5中可以看出，外骨骼的最大应力在直立相时为106.44 MPa，单腿支撑相时为179.44 MPa，摆动相时为265.55 MPa，双腿支撑相时为158.82 MPa，均明显低于材料的许用强度。通过4种步态下的应力云图还可以看出，总体而言，外骨骼担架的应力均较低（应力云图几乎全部呈蓝色），且其最大应力点（Max）均出现在关节部位，主要原因在于关节处尺寸较小，而其又是外骨骼中主要的承载构件。根据王杰[20]的研究，人体在上下楼梯时，髋关节受到的峰值应力、形变等几乎和平地行走相同，但是膝关节受到的峰值应力约为平地行走时的两倍。因此上下楼梯时，膝关节处最大应力约为532 MPa，仍远小于不锈钢的许用强度620 MPa。
图 5.
Stress distribution for four kinds of gait
4种步态下的应力分布云图
4种步态下外骨骼担架的变形云图如图6所示。在直立相时，外骨骼担架的最大变形为8.78 mm；在单腿支撑相时，外骨骼担架的最大变形为8.26 mm，且外骨骼右侧的形变略高于左侧，原因在于右侧是主要受力部件，起到主要支撑的作用；在双腿支撑相时，外骨骼担架的最大变形为10.54 mm，且两侧的变形量近似相同；在摆动相时，外骨骼担架的最大变形量为7.41 mm，且支撑腿的变形量较大，其原因是在正常行走时，起支撑作用的腿部承担了人体的主要载荷。上述仿真结果与文献[21]所得结论一致。
图 6.
Deformation distribution for four kinds of gait
4种步态下的变形云图
综合上述4种步态下外骨骼担架的静力学分析结果可以得出：① 针对4种不同步态，外骨骼担架应力均低于其制作材料的许用强度，且整体位移量小、应变较低，表明所选材料及设计结构可以满足预期要求。② 外骨骼担架的应力云图和变形云图变化均较平缓，最大受力处位于行进时支撑腿的膝关节处。
3. 外骨骼担架模态分析
在人体正常的步态转换时，足部与地面的接触会使外骨骼受到冲击载荷并产生振动，导致外骨骼发生形变。模态分析可以计算机械结构的固有频率，若发现与冲击产生的振动频率相同或相近，则可以优化设计，以防止共振现象发生[22]。模态分析还可以从得出的振型云图中得知在某个共振频率下外骨骼担架的变形趋势，以此为基础考虑在该变形趋势下的刚度是否需要加强[23]。外骨骼担架在使用过程中始终需要承受载荷，故需开展有预应力模式下的模态分析。外骨骼担架的动力学方程表达如式(1)所示：
 |
1 |
式中，M为质量矩阵，
为节点加速度分量组成的列阵，t为时间，C为阻尼矩阵，
为节点速度分量组成的列阵，K为刚度矩阵，
为节点位移分量组成的列阵，
为节点载荷列阵。
由于实际结构的阻尼一般都较低，忽略阻尼对模态分析结果的影响较小，因此可以将式(1)简化成无阻尼自由振动模型，如式(2)～式(3)所示：
 |
2 |
 |
3 |
式中，δ(0)为初始状态下的节点位移分量组成的列阵，
为固有振动频率，
为初始相位。将式(3)代入式(2)，结果如式(4)所示：
 |
4 |
要求方程有非零解，即可得如式（5）所示：
 |
5 |
由式（5）可得，背负式外骨骼模态分析的问题被简化为求
和
的解。
将直立相、单腿支撑相、双腿支撑相和摆动相4种步态下外骨骼担架静力学仿真得到的受力结果作为初始应力，加载到外骨骼担架模型上，开展模态分析。直立状态下模态分析所获得的外骨骼担架前六阶的固有频率如表2所示，相应的振型云图如图7所示。从图7中可以看出：① 一阶模态中，外骨骼担架最大形变为5.02 mm，出现在担架顶部与负重连接的位置，振型表现为背部负重压迫连接板使外骨骼向前倾覆，下肢仅出现轻微形变，一阶模态下的振型与静力学分析形变结果相似，主要受负重的影响；② 二阶模态中，外骨骼担架最大形变为4.73 mm，同样是出现在背板与负重连接的位置，振型表现为外骨骼主体略向后倾覆；③ 三阶模态中，外骨骼担架最大形变为8.57 mm，出现在担架底部的位置，振型表现为髋部及背部的前后摆动；④ 四阶模态中，外骨骼担架最大形变为9.24 mm，同样出现在担架底部的位置，振型表现为外骨骼左右摆动；⑤ 五阶模态中，外骨骼担架最大形变为9.97 mm，出现在髋关节的位置，振型表现为外骨骼发生扭转；⑥ 六阶模态中，外骨骼担架最大形变为14.05 mm，同样出现在髋关节处，振型表现为外骨骼担架整体左右扭转。上述仿真结果与文献[23]所得结论一致。
表 2. The first six natural frequencies of exoskeleton stretcher in upright condition.
直立状态下外骨骼担架前六阶固有频率
| 模态阶数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 固有频率/Hz | 2.68 | 2.82 | 10.31 | 18.00 | 22.81 | 27.11 |
图 7.
The first six vibration modes of exoskeleton stretcher in upright condition
直立状态下外骨骼担架前六阶振型云图
模态分析所获得的外骨骼担架前六阶固有频率如表3所示，外骨骼担架的最大形变及振动形式如表4所示。综合表2～表4可以看出，由模态分析所得到的外骨骼担架在各阶振型下的形变较小，其固有频率范围（1.96～28.70 Hz）与人体行走时的摆动频率（1 Hz）差别较大[24]，表明所设计的结构可以有效避免共振现象的发生。
表 3. The first six natural frequencies of exoskeleton stretcher under different gait conditions.
不同步态条件下外骨骼担架前六阶固有频率
| 步态 | 固有频率/Hz | |||||
| 一阶 模态 |
二阶 模态 |
三阶 模态 |
四阶 模态 |
五阶 模态 |
六阶 模态 |
|
| 单腿支撑相 | 3.09 | 4.00 | 9.57 | 14.74 | 21.80 | 28.70 |
| 摆动相 | 1.96 | 2.41 | 9.09 | 9.54 | 10.37 | 13.97 |
| 双腿支撑相 | 5.02 | 6.36 | 9.63 | 13.94 | 18.17 | 25.21 |
表 4. Maximum deformation and vibration form of exoskeleton stretcher under different gait conditions.
不同步态条件下外骨骼担架最大形变及振动形式
| 步态 | 最大形变/mm | 振动形式 |
| 单腿支撑相 | 5.15 | 腰部和担架的连接部位前后摆动 |
| 摆动相 | 4.91 | 支撑腿扭转 |
| 双腿支撑相 | 5.02 | 髋关节与大腿的连接部位前后摆动 |
4. 外骨骼担架瞬态动力学分析
当穿戴背负式外骨骼担架行走时，如果脚部与地面碰撞，将受到较高的冲击力，其会在极短的时间内通过脚底传递至外骨骼的其它部件，导致一些关键零部件由于不必要的振动而损坏[25-26]。因此，需利用瞬态动力学法来求解该结构在变载荷下的应力和变形，以验证其是否满足使用要求。
在开展瞬态动力学分析时，几何模型、网格划分和材料设置等均与静力学分析一致。由于单腿支撑条件下结构所受冲击载荷最大，故选取单腿支撑相作为研究对象。在外骨骼脚部着地瞬间，冲击力通过足底和踝关节传递负载，故在足底处施加一个随时间变化的载荷，如表5所示。表5中，t为时间，工作步代表载荷变化的不同阶段。边界条件为在髋关节处施加固定约束。
表 5. Plantar load condition of single-leg support phase.
单腿支撑相的足底载荷条件
| 工作步 | 载荷条件 | |
| t/s | 载荷/N | |
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0.1 | 750 |
| 3 | 0.2 | 1 250 |
| 4 | 0.3 | 1 750 |
| 5 | 0.4 | 1 000 |
| 6 | 0.5 | 750 |
| 7 | 0.6 | 500 |
瞬态动力学分析整体结构的变形如图8所示，在0.46 s时，整体结构的变形最大，为15.38 mm。整体结构的应力随时间的变化如图9所示，从图9中可以看出，整体结构的最大应力值为303.48 MPa。通过与材料的性能参数对比可以得出，该最大应力值低于铝合金的屈服强度（363 MPa），表明所有部件的最大应力均在安全范围内，所设计的外骨骼担架能够在承受冲击载荷的情况下安全工作。
图 8.
Displacement versus time relationship
位移随时间变化曲线
图 9.
Stress versus time relationship
应力随时间变化曲线
5. 外骨骼担架稳定性分析
为验证外骨骼担架的稳定性，使用运动仿真软件ADAMS 19.0（Mechanical Dynamics Inc.，美国）模拟人机同行状态[27]，并基于仿真分析结果，加工制备样机开展了性能测试。
5.1. ADAMS仿真实验
将外骨骼担架三维模型导入运动仿真软件ADAMS 19.0（Mechanical Dynamics Inc.，美国），设置完材料参数后，将重力加速度的数值设定为9.8 m/s2。在运动副约束设置方面，各个关节的连接处均添加了转动副。对于气弹簧储能元件，将其简化为移动副。此外，为保证运动的平稳性，对支撑重物的背板施加了与地面平行的约束。上述设置完成后，对模型施加驱动力开展人体行走过程的仿真分析，结果如图10所示。在行走过程中，未发生穿戴人员滑倒、偏移等现象，表明外骨骼稳定性较好。
图 10.
Simulation analysis of walking process
行走过程仿真分析
5.2. 样机穿戴测试
在上述研究基础上，加工制备了外骨骼担架样机，开展了穿戴测试，如图11所示。其中，外骨骼自重约为16.5 kg（包括电机），担架自重约为11 kg。实验人员穿戴背负式外骨骼担架进行了模拟伤员搬运的行走测试，负重约为70 kg，可实现正常行走和上下楼梯，以及在狭窄空间内转弯，速度可以达到5 m/s，被背负人员未感觉强烈晃动和不适。相比于较为流行的单兵外骨骼机器人（星云L70，中国兵器集团202研究所，中国），本文设计的背负式外骨骼担架，其穿戴者的行走速度和最大负重皆有优势，并且解决了现有军用担架需要多人搬运、上下楼梯非常困难和难以转弯等问题，尤其适用于舰艇内的狭窄空间。
图 11.
Property testing of exoskeleton stretcher
外骨骼担架样机测试
6. 结论
本文设计了一款新型单兵背负式外骨骼担架，并根据人体行走特点，选取直立相、单腿支撑相、摆动相、双腿支撑相共4种人体步态，利用有限元分析软件ANSYS workbench 19.2（ANSYS Inc., 美国）对整体结构开展了静力学仿真分析和模态分析，所得结论如下：① 针对4种不同步态，外骨骼担架的应力均低于其制作材料的许用强度，且整体位移量小、应变较低，表明所选材料及设计结构满足预期要求；② 外骨骼担架的应力云图和变形云图变化均较平缓，最大应力值位于行进时支撑腿的膝关节处，表明此处为外骨骼担架的易损部位；③ 模态分析得到的不同步态条件下，外骨骼担架在各阶振型下的形变较小，其固有频率与人体行走时的摆动频率差别较大，表明所设计的结构可以有效避免共振现象的发生；④ 对单腿支撑条件下外骨骼担架的瞬态动力学分析结果表明，整体结构的最大应力值低于材料的屈服强度，表明所设计的外骨骼担架能够在承受冲击载荷的情况下安全工作。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：毛云霄负责有限元仿真分析和论文初稿撰写，崔海坡负责方案设计及论文审校，赵展和郭旭东负责实验指导，张鑫和马骞负责几何模型设计。
Funding Statement
国家自然科学基金资助项目（62373253）；上海市市级科技重大专项资助项目（2021SHZDZX）
Shanghai Municipal Commission of Science and Technology; National Natural Science Foundation of China
References
- 1.宋振兴, 高树田, 李玉坤, 等 组合背负式担架论证与设计. 中国医学装备. 2021;18(6):7–9. [Google Scholar]
- 2.张勇, 毛晓珺 浅谈特种担架的发展. 科技传播. 2020;12(22):153–155. doi: 10.3969/j.issn.1674-6708.2020.22.057. [DOI] [Google Scholar]
- 3.钱震旦. 场景理论视角下的医用救援担架设计研究. 杭州: 浙江理工大学, 2020.
- 4.周加永, 王保华, 马佳佳, 等 穿戴式助力机器人研究现状及发展趋势. 机床与液压. 2022;50(7):148–157. [Google Scholar]
- 5.Ding Y, Tu L, Liu Y, et al Progress of wearable lower-limb exoskeleton rehabilitation. Robot. 2022;44(5):522–532. [Google Scholar]
- 6.颉翔宇, 周利坤, 司玉昌 军用动力外骨骼的发展现状及关键技术综述. 兵工自动化. 2022;41(10):14–20. [Google Scholar]
- 7.中国人民解放军海军装备技术部. HJB 95-93 海军舰船装备研制中的标准化工作规定. 1993-05-25.
- 8.国家技术监督局. GB/T 10000-1988 中国成年人人体尺寸. 北京: 中国标准出版社, 1988.
- 9.纪翔镜. 下肢外骨骼运动分析与关节控制技术研究. 济南: 齐鲁工业大学, 2021.
- 10.高钰清, 靳葳, 徐鉴, 等 踝关节外骨骼人机耦合动力学与助力性能分析. 力学学报. 2022;54(12):3496–3512. [Google Scholar]
- 11.卜凡. 下肢助力外骨骼机器人控制系统设计与研究. 天津: 天津理工大学, 2022.
- 12.刘建辉, 骆祎岚, 白云峰, 等 基于人机耦合的下肢外骨骼机器人动力学仿真与样机试验. 制造业自动化. 2022;44(7):60–64. doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2022.07.015. [DOI] [Google Scholar]
- 13.赵志鹏, 裴翔, 朱见平, 等 下肢负重外骨骼机械设计及分析. 液压气动与密封. 2017;37(9):35–38. [Google Scholar]
- 14.Bergmann L, Lück O, Voss D, et al Lower limb exoskeleton with compliant actuators: design, modeling, and human torque estimation. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2023;28(2):758–769. doi: 10.1109/TMECH.2022.3206530. [DOI] [Google Scholar]
- 15.郗鹏宇, 张志利, Teresa Z, 等 下肢外骨骼机器人的设计及有限元分析. 天津理工大学学报. 2022;38(1):1–7. [Google Scholar]
- 16.马炜东. 无动力下肢外骨骼设计与性能分析. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2022.
- 17.Nair A S, Ezhilarasi D Performance analysis of super twisting sliding mode controller by Adams–Matlab co-simulation in lower extremity exoskeleton. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2020;7:743–754. doi: 10.1007/s40684-020-00202-w. [DOI] [Google Scholar]
- 18.Bartalucci L, Secciani N, Brogi C, et al An original mechatronic design of a kinaesthetic hand exoskeleton for virtual reality-based applications. Mechatronics. 2023;90:102947. doi: 10.1016/j.mechatronics.2023.102947. [DOI] [Google Scholar]
- 19.张吉旺. 可穿戴助力外骨骼机构的设计与研究. 太原: 中北大学, 2021.
- 20.王杰. 辅助上下楼梯行走的下肢助力外骨骼研究. 南京: 东南大学, 2022.
- 21.Proud J K, Lai D T H, Mudie K L, et al. Exoskeleton application to military manual handling tasks, Hum Factors, 2022,64(3): 527-554.
- 22.张语萱. 面向脑卒中偏瘫患者的下肢康复外骨骼虚拟样机设计与仿真. 杭州: 浙江大学, 2020.
- 23.Li G, Su Q, Xi W, et al Dynamic analysis and design of a multipurpose lower limb exoskeleton for rehabilitation. International Journal of Advanced Robotic Systems. 2022;19:253563056. [Google Scholar]
- 24.刘建辉. 基于穿戴舒适性的下肢外骨骼机器人研究. 上海: 东华大学, 2021.
- 25.Zhu S, Zhou S, Chen Z, et al Gait-stride-and-frequency-based human intention recognition approach and experimental verification on lower limb exoskeleton. Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2022;44:1149–1160. doi: 10.1177/01423312211044031. [DOI] [Google Scholar]
- 26.王素粉 基于ANSYS选矸机械臂瞬态动力学分析研究. 煤炭技术. 2021;40(11):199–201. [Google Scholar]
- 27.Zheng Y, Ma C, Wu Z, et al Kinematic characteristics analysis of wearable lower limb rehabilitation exoskeleton robot based on Adams. International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics. 2023;(13):184–192. [Google Scholar]