本文關(guān)鍵詞：生物融合式助行外骨骼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

  更多相關(guān)文章： 下肢運(yùn)動(dòng) 外骨骼 人機(jī)閉環(huán) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué)

【摘要】：隨著人們生活水平的提高及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，，老年人口的數(shù)量越來越多，這給社會和家庭帶來了一定的壓力，所以對于如何提高老年人自主生活的能力顯得非常重要。外骨骼技術(shù)作為一種新型的輔助人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于助老助行等領(lǐng)域，以此來提高人體下肢運(yùn)動(dòng)的能力。本文在分析人體步態(tài)的基礎(chǔ)上，研究輔助老年人行走的外骨骼，包括對其機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、人機(jī)混合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析等。 首先在對老年人下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，對老年人的步態(tài)進(jìn)行分析，通過對老年人行走視頻進(jìn)行分析，獲得行走過程中人體下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過曲線擬合得到下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出助行外骨骼的設(shè)計(jì)要求并對下肢助行外骨骼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在人體步態(tài)分析的基礎(chǔ)上，建立人體行走的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并采用D-H參數(shù)法對其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，得到各桿件的運(yùn)動(dòng)，利用牛頓-歐拉法對其動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，得到人體行走時(shí)各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力，并結(jié)合數(shù)值實(shí)例對理論模型進(jìn)行分析計(jì)算。隨后建立人機(jī)混合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對其反解進(jìn)行分析，利用影響系數(shù)法得到各關(guān)節(jié)的速度加速度。 最后在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對人機(jī)混合機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)進(jìn)行分析，建立機(jī)構(gòu)的靜力平衡方程，利用影響系數(shù)法分析冗余驅(qū)動(dòng)分支驅(qū)動(dòng)力對RRR分支驅(qū)動(dòng)力的影響，并對冗余驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行優(yōu)化，通過數(shù)值算例，將冗余驅(qū)動(dòng)與非冗余驅(qū)動(dòng)下RRR分支的驅(qū)動(dòng)力及關(guān)節(jié)處的作用力進(jìn)行比較分析。利用虛功原理建立該冗余機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并對優(yōu)化冗余驅(qū)動(dòng)力后機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，得到優(yōu)化后各個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力及關(guān)節(jié)處的作用力。利用ADAMS軟件建立虛擬樣機(jī)，對其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真分析。
【關(guān)鍵詞】：下肢運(yùn)動(dòng) 外骨骼 人機(jī)閉環(huán) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)及研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 生物融合機(jī)構(gòu)的介紹18
• 1.3 研究現(xiàn)狀分析18-19
• 1.4 課題的來源及研究意義19
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 外骨骼助行機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 老年人下肢結(jié)構(gòu)分析21-25
• 2.2.1 老年人下肢解剖學(xué)研究21-24
• 2.2.2 老年人步態(tài)分析24-25
• 2.3 老年人行走時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獲取25-28
• 2.4 助行機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求28
• 2.5 助行機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-31
• 2.5.1 機(jī)構(gòu)自由度的配置28-29
• 2.5.2 驅(qū)動(dòng)形式的選擇29-30
• 2.5.3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 人體下肢運(yùn)動(dòng)分析32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 人體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立32-35
• 3.2.1 人體下肢機(jī)構(gòu)學(xué)模型的建立32-34
• 3.2.2 人體行走時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立34-35
• 3.3 人體行走時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)分析35-42
• 3.3.1 人體機(jī)構(gòu)的位置分析35-39
• 3.3.2 人體機(jī)構(gòu)的速度加速度分析39-40
• 3.3.3 數(shù)值算例分析40-42
• 3.4 人體行走時(shí)下肢動(dòng)力學(xué)分析42-47
• 3.4.1 典型動(dòng)力學(xué)建模方法的比較42-43
• 3.4.2 人體行走時(shí)動(dòng)力學(xué)分析43-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 人機(jī)閉環(huán)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 人機(jī)閉環(huán)機(jī)構(gòu)模型的建立48-51
• 4.2.1 人機(jī)閉環(huán)機(jī)構(gòu)的描述48-49
• 4.2.2 位置反解分析49-51
• 4.2.3 數(shù)值算例分析51
• 4.3 速度及加速度分析51-56
• 4.3.1 速度分析51-53
• 4.3.2 加速度分析53-55
• 4.3.3 數(shù)值算例分析55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第5章 人機(jī)閉環(huán)機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析57-76
• 5.1 引言57
• 5.2 靜力學(xué)分析57-66
• 5.2.1 基于驅(qū)動(dòng)力的優(yōu)化57-62
• 5.2.2 驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化的結(jié)果62-63
• 5.2.3 基于關(guān)節(jié)作用力的優(yōu)化63-65
• 5.2.4 關(guān)節(jié)作用力優(yōu)化的結(jié)果65-66
• 5.3 動(dòng)力學(xué)分析66-74
• 5.3.1 各連桿慣性力和慣性力矩的計(jì)算66-69
• 5.3.2 動(dòng)力學(xué)方程的建立69-71
• 5.3.3 數(shù)值算例分析71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第6章 人機(jī)閉環(huán)機(jī)構(gòu)的仿真分析76-84
• 6.1 引言76
• 6.2 仿真模型的建立76
• 6.3 各連桿質(zhì)心點(diǎn)速度及加速度分析76-81
• 6.4 動(dòng)力學(xué)仿真81-83
• 6.5 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果88-89
• 致謝89-90
• 作者簡介90

【參考文獻(xiàn)】

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1 程麗;五自由度并聯(lián)機(jī)床冗余驅(qū)動(dòng)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2010年

本文編號：964239