腰部助力外骨骼的背板及其绑缚优化设计

罗文雪，干静，刘宏伟，明子微，刘梓成

腰部助力外骨骼的背板及其绑缚优化设计

罗文雪1，干静1，刘宏伟2，明子微1，刘梓成1

（1.四川大学 机械工程学院，四川 成都 610065； 2.北京精密机电控制设备研究所 航天伺服驱动与传动技术实验室，北京 100076）

背板是有源腰部助力外骨骼对腰部助力的重要力传递结构，未经人机考量的背板及其绑缚的穿着体验较差。运用人体测量学和人体解剖学知识，从功能性、贴合性、舒适性三个维度考量，对有源腰部助力外骨骼刚性背板及其绑缚进行优化设计。通过增加连接点位、优化弧度、选用轻质材料、减小面积等，设计出人机性能优化的背板，并对绑缚的位置、结构、材料、调节方式等进行优化。最终设计出满足设计要求的背板及其绑缚。实验验证优化后的背板及绑缚的肩部、上背部、下背部主观舒适度评价均有提升。

外骨骼；背板；尺寸；形态设计；绑缚设计

人工物料搬运在手动作业密集的行业普遍存在，搬运时腰部承载了较大负荷，极易导致职业性腰部损伤。腰部助力外骨骼对穿戴者起到支撑、保护、助力和减少代谢等作用，可以减少人工物料搬运过程中的肌肉负荷和累积性疲劳[1]。

外骨骼采用电机驱动，主要结构如图1所示。背板、腰架、腿架、大腿推板由上至下依次连接，是传递助力的刚性结构。背带是将外骨骼穿戴在人体上的必要部件，是传递助力的关键结构。电池和电机驱动器组成驱动系统，为外骨骼机器人的运动提供动力。……