下肢外骨骼的新型足部机构舒适性优化

作     者：栾益鹏 张建军 戚开诚 杨高炜 LUAN Yipeng;ZHANG Jianjun;QI Kaicheng;YANG Gaowei

作者机构：河北工业大学机械工程学院机械工程系天津300130 

出 版 物：《生物医学工程学杂志》 (Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2020年第37卷第2期

页      面：324-333,339页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51175144) 天津市自然科学重点基金资助项目(17JCZDJC40200) 河北省教育厅科学研究计划资助项目(ZD2019052)。 

主　　题：下肢外骨骼 足部舒适性 振动加权均方根加速度值 减振 

摘      要：为减小在高负重的情况下穿戴下肢外骨骼时足部与地面接触产生的冲击,本文设计了一种用于提高足部舒适性的外骨骼足部机构,并对其影响舒适性的关键指标进行了优化。首先,本文基于步态周期的足底受力特点建立了足部机构物理模型,进而抽象出振动数学模型,并用有限元分析软件ANSYS仿真验证了模型的正确性。然后,本文基于振动数学模型分析了振动参数对绝对传递率的影响,并用数学计算软件MATLAB遗传算法工具箱优化振动参数。最后,本文以白噪声模拟路面高程作为振动输入,利用MATLAB中的可视化仿真工具Simulink并结合振动方程构建加速度仿真模型,进而计算足部的振动加权均方根加速度值。研究结果表明,该足部舒适性机构能够满足减振性与足底压力的舒适性指标。本文为外骨骼足部机构的设计提供了一套较为完整的设计方法,对于其他外骨骼的足部设计以及踝关节康复机构的设计具有借鉴意义。