工业用下肢支撑外骨骼设计与评估研究

为了减少工人因长期保持蹲姿或者重复性蹲起而造成的腿部肌肉劳损,设计了一款工业用下肢支撑外骨骼。该外骨骼有3种工作模式:1)随动模式,可以灵活跟随工人活动,不对其正常行走、蹲起和楼梯攀爬等日常活动造成阻碍;2)锁定模式,可以按工人的要求,在任意高度姿势下锁定,为工人提供一个舒适的支撑座椅;3)助力模式,可以利用自身储能元件将人体所做负功收集起来,并在人体需要站立时释放,以达到辅助的作用。基于ANSYS软件对外骨骼整体进行强度分析。由10名男性参与3种任务,即分别以深蹲(膝关节弯曲60°)、半蹲(膝关节弯曲90°)、浅蹲(膝关节弯曲120°)的姿势保持静止,每种任务分别在穿戴外骨骼和不穿戴外骨骼时测量足底压力和忍耐力时间,以评估辅助效果。足底压力测量结果显示外骨骼承载了58.5%~64.2%的身体重量。穿戴外骨骼时平均忍耐力时间为(12.3±2.7)min。应用该外骨骼将有效减缓制造业工人腿部肌肉疲劳,减轻下肢关节损伤,帮助其提高工作效率。