下肢战伤康复外骨骼是一种单兵穿戴式卫勤保障装备,可对具有下肢运动功能障碍的士兵进行康复训练并辅助其稳定行走。未来战场中将外骨骼引入军队卫勤保障装备中可大幅度提高部队救治康复水平及伤员转运能力。本文分析了人体下肢生理结构、下肢运动机理与康复行走的机理,并在此基础上结合外骨骼的应用场合与目的,对外骨骼机械系统、驱动系统、控制策略与传感系统进行设计与研究,以及对所设计的外骨骼相关性能进行试验研究。首先,下肢外骨骼机械系统是其他分系统的基础,应该具有安全可靠、舒适性、轻便等特性。外骨骼机械系统基于人体工程学与仿生学设计方法,采用拟人化构型设计。并在满足结构强度的条件下,采用结构拓扑优化方法,进行仿生结构轻量化设计,优化结构中的材料分布从而达到减轻外骨骼重量的目的。同时为满足战伤康复需求,采用电机驱动关节进行运动,实现外骨骼康复训练及稳定行走功能。其次,为满足外骨骼具有稳定行走功能,步态规划研究是保障外骨骼稳定行走的重要环节。根据外骨骼的结构构型,基于静稳定性判据,采用重心投影法,利用构造函数对重心及踝关节轨迹进行步态规划,其次通过运动学计算获得完整步态周期内所有关节的运动轨迹;运用ADAMS构建人-外骨骼耦合运动虚拟样机模型,进行平地步行仿真,仿真得到关键点的空间轨迹与动力学参数,通过与规划的重心和踝关节轨迹对比,外骨骼能够实现预期运动并稳定行走,仿真结果表明所设计的步态规划方法合理有效。然后,分别通过迭代学习控制策略与阻抗控制策略控制外骨骼辅助士兵进行主被动康复训练,并通过虚拟样机与控制系统进行联合仿真,证明这两种控制策略均具有良好的轨迹跟踪性满足康复需求。最后,在本文在上述研究基础上研制下肢战伤康复外骨骼样机,搭建试验平台。通过外骨骼的驱动系统进行调试分析,确定驱动系统与控制系统的参数,并通过试验人员穿戴外骨骼进行被动康复训练进行测试。实验结果表明,迭代学习控制策略是外骨骼进行被动康复训练的有效控制策略。