基于肩部协同运动特征的康复外骨骼设计与人机相容性分析

作     者：申慧敏 葛瑞康 葛迪 李炳初 甘屹 秦龙辉 杨赓 SHEN Huimin;GE Ruikang;GE Di;LI Bingchu;GAN Yi;QIN Longhui;YANG Geng

作者机构：上海理工大学机械工程学院上海200093 东南大学机械工程学院南京211189 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第19期

页      面：34-44页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51975513)、国家自然科学基金重大项目(51890884) 浙江省基础青年基金(LR20E050003) 宁波科技创新2025重大专项(2020Z022)资助项目 

主　　题：肩部康复外骨骼 协同运动 人机相容性 自对准机构 灵巧性 

摘      要：受盂肱关节浮动转动中心的生理运动学属性影响,在基于外骨骼的肩部康复中,人体与外骨骼的兼容性将直接影响康复的效果甚至危及患者的安全。通过分析肩部协同运动特征,提出一种结构紧凑的顺应性肩关节自对准机构,并能够实现独立的锁骨和肩胛骨协同驱动锻炼。基于建立的人机闭链系统,提出4种完整的外骨骼构型,以肩部外骨骼运动空间灵巧性为评价标准,确定了最佳构型,设计并开发肩部外骨骼原型样机。穿戴性能测试试验结果表明,前伸和外摆时人机耦合界面相互作用力从20 N和35 N降低至1 N以下,人体自主外展轨迹和外骨骼穿戴对应点外展轨迹具有良好的吻合性,所提出的顺应性肩部康复外骨骼具有良好的人机相容性。