机械工程学报

作者：唐欣尧, 杨佳音, 王旭鹏, 殷榕, 刘晓宜

单位：1. 西安理工大学军民融合助力与防护装备设计创新研究中心 西安 710048;2. 西安理工大学工业设计系 西安 710048

关键词：准被动式,变刚度,踝关节助力,外骨骼设计,降低疲劳；

基金：西安理工大学校级博士启动金(106-451124018); 教育部青年基金(21XJC760003); 陕西省青年杰出人才支持计划配套基金(106-451420001)资助项目。

为了降低人体踝关节跖屈时产生的力矩和减缓小腿肌肉疲劳为目的，设计了一款准被动式变刚度踝关节助力外骨骼，利用足底压力信号控制电磁离合器工作的方式，实现储能单元的能量存储与释放。首先，变刚度机构是通过几何结构来调整助力弹簧的预紧力，使关节输出刚度达到非线性特征，从而减少人体行走时的能量能耗。其次，建立了人体穿戴踝关节外骨骼仿真模型，进行动力学仿真模拟，验证了外骨骼机械结构的合理性及良好的助力效果。最后，搭建了踝关节助力外骨骼功能测试实验平台，对变刚度储能机构进行了性能测试，结果显示穿戴外骨骼助力后胫骨前肌和腓肠肌的肌电信号平均降低了12.29%和39.26%，说明了穿戴外骨骼有效降低了肌肉疲劳，为可穿戴外骨骼的设计提供新的方法。

来源：2025年第15期

《机械工程学报》期刊编辑部

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