未来社会,随着人口老龄化问题的不断加剧,能承担照料、搬运卧床不起老年人的护工将出现短缺现象。同时,在制造行业,那些需要人力搬运的工作,也会因人手不足而难以实行。人力搬运老年人或重物,属于重体力劳动,体弱的人难以胜任,搬运过重的物品,还会导致身体的肌肉或骨骼受损,患上职业性疾病。为减轻搬运工作强度、降低职业病发病率,本文开发一种新型可穿戴搬运助力机器人,制作了机器人实验样机,对其进行了人机工程分析和实验,并对该机器人助力效果进行了验证和评价。论文主要工作和成果如下:(1)分析了可穿戴搬运助力机器人研究现状,发现大多数机器人的机构和控制系统复杂,并且都缺少弯腰助力的功能。机构和控制系统复杂会导致产品价格高昂、机器人的可靠性降低。而缺少弯腰助力功能会导致搬运者腰部负荷得不到减轻。本文提出新型机构设计方案,简化了控制系统,增加了弯腰助力功能,弥补上述的缺点。(2)设计的机器人包括机械系统、控制系统和气动系统。机械系统包括两个随遇平衡机械臂、多轴单自由度机构、水平滑轨、支架结构等。为减轻自重,机械结构件尽量采用碳纤维型材和3D打印的工程塑料件。因为机械系统的设计能实现随遇平衡,使得控制系统得以极大简化。使用者可通过2个滑条传感器分别操控机械臂助力气缸和背部助力气缸,实现搬运过程的操控。气动系统应用了便携式气压源、电气比例阀、气缸等。(3)制造了实验样机,理论结合实验,进行了人机工程分析。在人机工程分析中,进行了生物力学分析、生理学分析、心理物理学分析。在生物力学分析中,建立了人机搬运物料的生物力学模型,分析了不同位姿下穿戴力的大小,计算出机器人的助力效果,并进行了实验验证。心理物理学分析通过受测者在机器人使用过程的主观感受对机器人效能进行评价。生理学分析通过对比受测者的体温、心率的变化,评定机器人对作业者的影响。(4)进行了实验样机搬运实验。首先,对随遇平衡机械臂和多轴单自由度机构的运动范围进行实测,结果证明能满足使用要求。其次,进行了搬运重物实验和腰部助力定量分析实验。实验结果表明:在随遇平衡状态下,机械臂克服水平和竖直方向移动所受的阻力较小;背部多轴单自由度机构可以和脊椎紧密贴合,助力效果优异。结果证明本方案的有效性。