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1.3 腰带部件和背部支架部件设计11
5.2 外骨骼机器人的关节设计12
5.2.1 踝关节结构设计12
5.2.2 膝关节结构设计13
5.2.3 髋关节结构设计13
6 静力学分析和轻度校核16
6.1 外骨骼机器人静力学分析16
6.1.1 直立状态下的静力学分析16
6.1.2 单腿支撑状态下的静力学分析17
6.1.3 双腿支撑状态下的静力学分析19
6.1.4 机构具体受力分析20
6.2 关键零部件强度分析21
7 液压系统设计22
7.1液压控制系统设计22
7.2液压系统参数计算和确定23
7.2.1液压缸行程计算23
7.2.2液压系统元件尺寸确定24
7.3动力元件的选定24
结论 26
致谢 27参考文献28
 1 引言
外骨骼机器人是一种能够增强人体能力的可穿戴机器。它能够帮助人们跑得更快、跳得更高、能够携带更多更重的东西，并且帮助穿戴它的人在战场、建筑工地或者其它有危险的地方生存下来。
1．1 本文的研究背景目的及意义
1.1.1 外骨骼承载机器人的研究背景
外骨骼机器人是一种新型机器人，一方面，它和自然界中甲壳动物的外骨骼结构类似，穿戴在人体之上为穿戴者提供保护，并帮穿戴者承受体重和负载；另一方面它又是一种智能机器人，可以增加人体的速度和力量，能够配合穿戴者完成各种工作。外骨骼机器人直接作用于人体，可以帮助穿戴者完成难以完成的动作，比如残疾人士的行走，士兵负重行走等。
由于外骨骼机器人有这些优点，因此受到了科学家和工程师的注意。到了上世纪 90 年代，因为对人体本身的研究进一步的深入和机器人技术的飞速发展，众多的科研机构开始了对外骨骼机器人的研究。进入本世纪后，由于各种新技术尤其是信息技术飞速发展，外骨骼机器人也终于走出了实验室进入了实用阶段。目前，外骨骼机器人主要分为军用和民用两大类。


图1.1 日本“HAL”外骨骼系统
民用骨骼机器人系统主要用来帮助行走不便的人重新站立和行走，以及帮助腿部受伤的病人进行恢复性训练。比如日本筑波大学研制的HAL外骨骼机器人系统。该系统是世界上第一款投入市场的外骨骼机器人，其外形科幻功能也十分强大。它可以帮助腿脚不便的人进行不少于1m/s的速度行走，甚至还能进行上下楼梯等动作。
军用外骨骼机器人系统主要用来帮助士兵提升体力，这种外骨骼机器人往往动力充沛，结构稳定，负重能力强大。可以帮助士兵负重更大和远距离行进，能够更好地进行战地救护、搬运炮弹以及在复杂地形行军的任务。比如美国“伯克利末端外骨骼”（BLEEX）系统。这种外骨骼机器人主要是下肢机器人，有两条机械腿和一个动力源和一个负重背包结构组成。该系统由液压装置提供动力，能够帮助使用者更好地负重。


图1.2美国“BLEEX”下肢外骨骼系统
面对世界先进国家都在研究制造外骨骼机器人的现状，以及军用、民用外骨骼机器人需求越来越迫切的现实，我国也开始了很多外骨骼机器人的研究。电子科技大学研究的助力康复型外骨骼机器人曾在第九届全国残疾人运动会上惊艳亮相，帮助一名残疾人火炬手成功完成了火炬的传递，赢得了满场的掌声。该外骨骼机器人已经计划投入市场，帮助更多人重新获得行走能力。


图1.3亮相残运会的中国外骨骼机器人
1.1.2外骨骼承载机器人的研究目的及意义
外骨骼机器人的研究目的是为了增强人体能力。和传统机器人相比，它将运动过程的决策交给人来进行，机器人来提升人体的力量，可以面对各种情况。本文讨论的外骨骼承载机器人作用是为了提高人类的负重行走能力，增强穿戴者行走的速度和负重能力，具有广泛的应用前景。
在军用领域外骨骼承载机器人能大幅增加士兵的运动能力，可以让士兵不费力的携带更多的装备行进更远的距离，从而提升每个士兵的战斗力。在民用领域外骨骼承载机器人也能帮助科学家进行科学考察、消防员进行火场救护等任务，甚至可以帮助登山爱好者和游客更好的享受自然风光。
1. 2 本文主要的研究内内容
1确定外骨骼机器人腿部机械形状，使其符合人体工学，方便穿戴并能活动自如。
2进行动力和传动装置的设计，在满足质量和体积要求的情况下，为机器人提供充沛的动力。
3进行负重结构的设计，对电机和负重结构进行平衡，使其重心稳定通过腿部，保持稳定。
4提出控制方案，由于时间等客观因素，所以此部分只是提出初步的控制方案
2 外骨骼承载机器人基本结构
本文所讨论的外骨骼承
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