摘要：人体行走时足底蕴藏着丰富的能量,该能量的有效回收可有效缓解穿戴电子产品、助力外骨骼等设备的能量供给问题。设计出一种将行走能量转化为液压能的能量回收机构,可供采用液压驱动的人工外骨骼循环利用。为弥补现有行走能量回收研究中往往忽略下肢行走动力学的不足,在分析步态特征的基础上,建立单腿行走过程的三自由度动力学模型。以正常成年人为对象研究单个步态周期内足底对地面作用力随时间和足部位姿的变化规律,得到行走过程中足地作用力及其水平和竖直方向分量,以及力和人行走方向夹角与足部动作的关系。依据行走能量分布规律,设计了液压式能量转化机构和存储系统用以收集行走过程中足地竖直方向作用力产生的能量,分析液压能量回收效果,结果表明无负重时单足能量回收装置的液压能输出平均功率高达20 W。

关键词：步态 能量回收 液压能 行走动力学 adams仿真 

单位：西安交通大学机械工程学院; 流体动力与机电系统国家重点实验室; 陕西省智能机器人重点实验室; 西安交通大学航天航空学院