本文中介绍了TRIZ中技术系统八大进化法则,物一场分析以及矛盾分析等创新工具,建立了基于TRIZ的创新问题解决流程。根据助力机构发展现状以及TRIZ进化法则,首先确立了助力机构研究方向与设计要求,设计出助力机构整机结构初步方案,然后对膝关节结构进行物一场分析与矛盾分析,在标准解的引导下对其进行了柔性化改进,得到包含助力与缓冲两种工作模式的柔性下肢助力机构,该助力机构不仅可在正常状况下为使用者出行提供助力,还可在突发状况下保护使用者,避免受到刚性冲击。最后基于变密度法对助力机构结构主要部件进行拓扑优化,实现了力的最佳传递路径,得到助力机构最优结构。
本文查阅了国内外相关研究的文献资料,了解了国内、外相关研究的背景、研究进展和未来的总体发展方向,总结了人体下肢骨骼模型和下肢骨骼的运动机构特征、步行运动的序列、步行过程中的关节功能等,建立了下肢助力机构三维模型,并对助力机构的髋关节、膝关节和踝关节等重点关节结构进行了详细设计。助力机构机器人在运动过程中需要与人体正常运动保持高度的一致性,因此考虑穿戴者的舒适性以及人机工程学设计了各关节的自由度以及杆长可调机制。通过介绍不同驱动方式的优缺点最终确定电机以及减速器方案并通过分析所得驱动力矩和功率完成电机以及减速器的选型。为适应不同的路况,在足底设计了缓冲避震装置,以保证穿戴者在行走过程中的舒适性和平稳性。文末对全文工作进行了总结,展望了TRIZ以及下肢助力机构未来发展趋势。