膝关节外骨骼的最优运动学合成与原型开发
机器人学
2025-10-30 v3 最优化与控制
摘要
膝关节外骨骼的旋转范围 (RoR) 是康复中的关键因素，直接影响关节灵活性、肌肉激活及恢复结果。设计合理的RoR可确保患者实现接近自然的膝关节运动学，这对于恢复步态模式和防止补偿性运动至关重要。本文提出一种一自由度膝关节外骨骼的最优设计。在运动学分析中，现有设计由非线性和非凸数学函数表示。为获得可行且最优的外骨骼连杆尺寸，本文基于运动学分析和平均人类腿部尺寸制定优化问题。优化解较原始设计方案提升了坐起至站立运动中膝关节的活动范围。此外，通过比较人类膝关节和外骨骼膝关节在坐起至站立运动中的轨迹，进行了错位性研究。关节运动通过标记和摄像系统计算。最后，基于最优尺寸开发了膝关节外骨骼原型，验证了仿真中实现的最大活动范围。
引用
@article{arxiv.2409.02635,
title = {Optimal Kinematic Synthesis and Prototype Development of Knee Exoskeleton},
author = {Shashank Mani Gautam and Ekta Singla and Ashish Singla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.02635},
year = {2025}
}