【摘要】：關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于假肢、仿生機(jī)器人等領(lǐng)域，采用仿生學(xué)的方法研究新型關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)具有重要的研究意義。本文以人體膝關(guān)節(jié)為設(shè)計(jì)原型，研究關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真： 第一，針對(duì)傳統(tǒng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式存在的不足，提出了以人體膝關(guān)節(jié)為仿生原型，設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。對(duì)人體膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、功能和驅(qū)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析，為關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 第二，在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外對(duì)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)人體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究，初步設(shè)計(jì)本文的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)；分別采用結(jié)構(gòu)仿生和功能仿生兩種方法，提出關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，對(duì)兩種方案進(jìn)行比較分析和優(yōu)選，并對(duì)優(yōu)選的機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 第三，采用UG建立了關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的三維幾何零件模型和裝配模型；指出了關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的組成、各零件的作用及關(guān)鍵部位；分析關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的自由度、干涉情況和運(yùn)動(dòng)幅度；建立關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的有限元模型，采用了ANSYS對(duì)關(guān)節(jié)的強(qiáng)度進(jìn)行校核。 第四，利用人體建模軟件Life.Mod建立了人體下肢數(shù)據(jù)模型，對(duì)人體膝關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并選擇了一對(duì)對(duì)抗性的氣動(dòng)人工肌肉作為該關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力，采用了ADAMS2005對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分析結(jié)果表明該關(guān)節(jié)具有人體膝關(guān)節(jié)的基本功能。 通過(guò)本文對(duì)人體膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)理、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的研究，為設(shè)計(jì)新一代關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的提供一定的理論基礎(chǔ)和參考數(shù)據(jù)，研究成果還可以應(yīng)用于仿生裝置、護(hù)理機(jī)器人、航天設(shè)備中。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH112
【圖文】：

睿從母忿搜‘加t圖1一2滾動(dòng)式人工膝關(guān)節(jié)””’圖卜3人_仁關(guān)節(jié)l5]a)后面觀b)前面觀在機(jī)器人中常模擬人的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。通常模擬人的肩、肘、腰關(guān)節(jié)的自由度只有1個(gè)。若需要增加自由度，就要采用多個(gè)氣缸、液壓缸或齒輪齒條、絲杠、螺母等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)裝置大都采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，常需要各種齒輪、鏈、皮帶傳動(dòng)或其他減速裝置，以獲取較大的轉(zhuǎn)矩。如齒輪傳動(dòng)手臂關(guān)節(jié)t川如圖l一4和手指關(guān)節(jié)〔蹌〕如圖1一5采用絲杠、連桿、齒輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。圖1一4齒輪傳動(dòng)手臂關(guān)節(jié)‘川圖l一5手指關(guān)節(jié)!2止’.2.2仿生肌肉的研究根據(jù)生物肌肉的驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究仿生肌肉，國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)展了大量的研究，

西北工業(yè)大碩士學(xué)論文第一章緒論圖1一7人工肌肉靈巧手[25]圖1一8人工肌肉仿生手臂國(guó)在國(guó)內(nèi)哈工大的隋立明博士〔川、北京航空航天大學(xué)劉榮〔27]、華中科技大學(xué)李寶仁〔‘2刃、南京理工大學(xué)衛(wèi)玉芬、李小寧〔s0]以及北京理工大學(xué)彭光正〔川對(duì)PllA的特性及其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究，上海交通大學(xué)田社平對(duì)PMA自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制的研究，浙江大學(xué)張立彬研制了氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)〔32]。.2.3存在問(wèn)題從以上國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀可以看出，對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行了大量的研究工作，取得了不少階段性成果，同時(shí)也存在與之相關(guān)的問(wèn)題未得到解決。從上述關(guān)節(jié)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可知仿生關(guān)節(jié)主要應(yīng)用在人工關(guān)節(jié)、假肢和仿生機(jī)器人中。目前的的人工關(guān)節(jié)摩擦面磨損嚴(yán)重、而由顆粒引起的異物反應(yīng)會(huì)縮短人工關(guān)節(jié)的使用壽命。從假肢的研究現(xiàn)狀可知目前的假肢可以幫助殘疾人恢復(fù)一定的活動(dòng)能力，但無(wú)法模擬人體健康運(yùn)動(dòng)、不能很好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，只是簡(jiǎn)單的模擬人體的運(yùn)動(dòng)。從關(guān)節(jié)在機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀可知，應(yīng)用在機(jī)器人.上的關(guān)節(jié)通常采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要減速機(jī)構(gòu)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)普遍采用齒輪一連桿機(jī)構(gòu)，使得在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處集中了大量的機(jī)械零件

2.1人體膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)人體膝關(guān)節(jié)主要由股骨下端、脛、胖骨上端、骸骨、關(guān)節(jié)囊、前后十字交叉韌帶和脛骨內(nèi)外側(cè)副韌帶組成如圖2一l、2一2所示。股骨內(nèi)側(cè)散股骨外側(cè)裸裸間隆起脛骨圖2一1膝關(guān)節(jié)x線正位圖象[33】骸骨股骨內(nèi)側(cè)裸脛骨粗隆股骨圖2一2膝關(guān)節(jié)x位側(cè)位圖象133! 2.1.1股骨下端的結(jié)構(gòu)股骨端粗大，并旋轉(zhuǎn)向兩端延長(zhǎng)成為股骨解，在額狀面及矢壯面均凸隆，外側(cè)裸較內(nèi)側(cè)裸寬大，前面較突出，內(nèi)側(cè)裸則較狹長(zhǎng)。股骨裸的前后徑較橫徑大，兩側(cè)比較之下，以外側(cè)骸的前后徑較大。股骨外側(cè)裸的前后軸線垂直向前，但內(nèi)側(cè)

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 馬妮;肖麗英;;基于LifeMOD的個(gè)性化人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中的生物力學(xué)分析[J];中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2011年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 徐文良;智能下肢假肢的多運(yùn)動(dòng)模式自適應(yīng)控制[D];杭州電子科技大學(xué);2009年

2 馬妮;個(gè)性化人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及其生物力學(xué)特性研究[D];清華大學(xué);2010年

3 田喜燕;基于RE/RP的個(gè)性化人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)[D];天津理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2751059