下肢助行器作为现今功能康复医疗中不可缺少的部分,是一种可以满足下肢功能障碍者进行正常行走、康复训练以及日常护理需求的人机系统化设备。下肢助行器不是一种简单的机械结构,其具有很高仿生性和人机效能型,可以穿戴在人体下肢和人体紧密贴合。同时还拥有智能的控制系统,通过各种传感器的实时反馈,能准确识别人体的运动姿态,及时利用控制模块调整助行器的运动状态,从而保证了人-机系统的协调性和稳定性。助行器的研究综合运用了各种前沿技术,涉及到人体仿生,步态规划、智能控制、人机融合等方面的内容,具有极高的研究价值。本课题主要运用AnyBody生物力学仿真分析软件,建立完整的人-机肌骨系统模型,通过仿真结果定量分析助行器与人体的交互力和肌肉变化情况,从而发现现有助行器存在的问题,并针对相关问题对助行器提出改进和优化的方法。首先,本文利用人体解剖学的基本理论研究了人体下肢的基本功能和构造,充分了解了人体下肢的运动机理;并研究了相关步态参数,为探究整体助行器结构的不足及其设计的合理性提供了依据,研究结论将作为助行器优化的理论标准。其次,进行人体直道行走步态实验,采集人体相关步态包括运动学参数、动力学参数和肌肉参数,利用试验采集数据在AnyBody中建立与试验一致的人体模型。对现有助行器进行简化,以STL格式导入AnyBody中建立人-机肌肉骨骼模型。然后,分别对未穿戴助行器人体模型和穿戴助行器人-机模型进行仿真模拟,并对比分析两者的仿真结果,得到的结论表明穿戴下肢助行器后直道行走步态基本正常,但是关节力和肌肉力、肌肉长度变化都出现了不同程度的延迟现象,还有个别肌肉力出现突增现象。最后,通过分析得出助行器存在系统延迟,人-机协调不好,人机交互程度不高的问题。结合目前助行器的研究现状,考虑了方案的可行性,提出利用表面肌电信号(sEMG)反馈来预判人体肢体动作,从而达到减小助行器延迟,提高人机协调性的目的。并对助行器的优化方案进行了验证,证明了 sEMG与肌肉力有极大的相关性,利用sEMG作为控制输入信号进行人体下肢运动意图的识别是可行的。