手在人的日常活動中起著非常重要的作用,在正常的抓握中,手腕更是不可或缺的。因此,研究用于殘疾人的上肢假肢對于恢復(fù)殘疾人的正常生活具有重要意義。目前商業(yè)化假肢手腕存在自由度少,靈巧性差的問題,因此研究質(zhì)量輕、體積小的多自由度假肢手腕很有必要。作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“具有雙向神經(jīng)通路的智能上肢假肢”（項(xiàng)目編號為2018YFB1307200）的組成部分,本文針對多自由度假肢手腕的設(shè)計(jì)與控制開展了研究工作,主要包括以下內(nèi)容:本文首先分析人體手腕的運(yùn)動特點(diǎn),包括人體手腕的運(yùn)動范圍、質(zhì)量等指標(biāo),明確殘疾人使用假肢的需求,從實(shí)際需求出發(fā)設(shè)計(jì)假肢手腕的指標(biāo)。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)型選擇中,分析對比多種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動配合差動齒輪機(jī)構(gòu)的方案。從假肢手腕的設(shè)計(jì)指標(biāo)出發(fā),選擇驅(qū)動源和傳動機(jī)構(gòu),采用直線驅(qū)動器作為屈伸和側(cè)偏關(guān)節(jié)的驅(qū)動源,并設(shè)計(jì)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動,在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中選擇直流無刷電機(jī)與諧波減速器進(jìn)行驅(qū)動。配置傳感器,使假肢手腕具有力和位置感知功能。然后針對設(shè)計(jì)的三自由度手腕進(jìn)行正逆運(yùn)動學(xué)分析以及傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和靜力學(xué)分析。首先采用標(biāo)準(zhǔn)D-H參數(shù)法研究三自由度手腕機(jī)構(gòu)的正逆運(yùn)動學(xué),建立D-H參... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Bebionic假手及其手腕[8]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1-2Michelangelo假手及其手腕[8]圖1-3i-Limb假手及其手腕[8]目前的商業(yè)化假肢手腕多為被動手腕或單自由度旋轉(zhuǎn)手腕，存在自由度少，靈巧性差的問題，并不能滿足殘疾人對高靈巧性手腕的需求。為了提高假肢手腕的運(yùn)動能力，很多研究人員對多自由度手腕進(jìn)行了研究。兩自由度主動手腕是目前研究中較為常見的一種手腕。LUKEArm（又稱DEKAArm）如圖1-4a)所示，是美國DARPA革命性假肢計(jì)劃中研制的一款假肢，共有10個(gè)主動自由度，包括肩部側(cè)偏，肩部彎曲，肱骨旋轉(zhuǎn)，肘部彎曲，前臂旋轉(zhuǎn)，腕部彎曲，食指彎曲，中指、無名指和小指的彎曲、拇指彎曲和拇指側(cè)偏，這10主動自由度中，上臂有6個(gè)自由度（肩3+肘1+腕2），手有4個(gè)自由度。LUKEArm的手腕有兩個(gè)自由度，包括腕部旋轉(zhuǎn)和屈伸。腕部運(yùn)動為復(fù)合運(yùn)動，撓骨與腕關(guān)節(jié)彎曲相結(jié)合，尺骨與腕關(guān)節(jié)伸展相結(jié)合[10]。兩個(gè)自由度中芝加哥康復(fù)研究所研制的RIC假肢中的手腕比較典型[11]，如圖1-4b)所示，可以實(shí)現(xiàn)屈伸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中包括單級行星齒輪，非反向驅(qū)動離合器和擺線傳動。屈伸關(guān)節(jié)最終的尺寸為35mm×45mm×58mm，兩自由度手腕的質(zhì)量為389g。a)LukeArm[12]b)RICArm[11]c)MPL[13]圖1-4典型的假肢手腕兩自由度手腕中，差動齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。加拿大紐布倫斯威克大學(xué)的研究人員在2011年提出了一種兩自由度手腕[14]，如圖1-5a)所示，采用差動齒輪可以實(shí)現(xiàn)屈伸和旋轉(zhuǎn)。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度不同，則輸出的運(yùn)動則是兩個(gè)運(yùn)動的合成，因此輸出的運(yùn)動取決于兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比。意大利比薩圣安娜大學(xué)的研究人員在

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1-2Michelangelo假手及其手腕[8]圖1-3i-Limb假手及其手腕[8]目前的商業(yè)化假肢手腕多為被動手腕或單自由度旋轉(zhuǎn)手腕，存在自由度少，靈巧性差的問題，并不能滿足殘疾人對高靈巧性手腕的需求。為了提高假肢手腕的運(yùn)動能力，很多研究人員對多自由度手腕進(jìn)行了研究。兩自由度主動手腕是目前研究中較為常見的一種手腕。LUKEArm（又稱DEKAArm）如圖1-4a)所示，是美國DARPA革命性假肢計(jì)劃中研制的一款假肢，共有10個(gè)主動自由度，包括肩部側(cè)偏，肩部彎曲，肱骨旋轉(zhuǎn)，肘部彎曲，前臂旋轉(zhuǎn)，腕部彎曲，食指彎曲，中指、無名指和小指的彎曲、拇指彎曲和拇指側(cè)偏，這10主動自由度中，上臂有6個(gè)自由度（肩3+肘1+腕2），手有4個(gè)自由度。LUKEArm的手腕有兩個(gè)自由度，包括腕部旋轉(zhuǎn)和屈伸。腕部運(yùn)動為復(fù)合運(yùn)動，撓骨與腕關(guān)節(jié)彎曲相結(jié)合，尺骨與腕關(guān)節(jié)伸展相結(jié)合[10]。兩個(gè)自由度中芝加哥康復(fù)研究所研制的RIC假肢中的手腕比較典型[11]，如圖1-4b)所示，可以實(shí)現(xiàn)屈伸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中包括單級行星齒輪，非反向驅(qū)動離合器和擺線傳動。屈伸關(guān)節(jié)最終的尺寸為35mm×45mm×58mm，兩自由度手腕的質(zhì)量為389g。a)LukeArm[12]b)RICArm[11]c)MPL[13]圖1-4典型的假肢手腕兩自由度手腕中，差動齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。加拿大紐布倫斯威克大學(xué)的研究人員在2011年提出了一種兩自由度手腕[14]，如圖1-5a)所示，采用差動齒輪可以實(shí)現(xiàn)屈伸和旋轉(zhuǎn)。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度不同，則輸出的運(yùn)動則是兩個(gè)運(yùn)動的合成，因此輸出的運(yùn)動取決于兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比。意大利比薩圣安娜大學(xué)的研究人員在

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2006年第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報(bào)[J]. Leading Group of the Second China National Sample Survey on Disability, National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China.  中國康復(fù)理論與實(shí)踐. 2006(12)
[2]新型微直線驅(qū)動器的設(shè)計(jì)和控制[J]. 姜力,蔡鶴皋,劉宏.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2004(11)
[3]多級電機(jī)傳動系統(tǒng)同步控制理論與應(yīng)用研究[J]. 劉福才,張學(xué)蓮,劉立偉.  控制工程. 2002(04)
[4]我國男性青年人體質(zhì)量的分布[J]. 田宏,石岫昆,石秀權(quán),王越.  第四軍醫(yī)大學(xué)吉林軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào). 2001(03)

博士論文
[1]多指仿人機(jī)器人靈巧手的同步控制研究[D]. 蘭天.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)方法的假手腕部機(jī)構(gòu)研究[D]. 樊士冉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]仿人多指手逆運(yùn)動學(xué)及協(xié)同運(yùn)動控制的研究[D]. 孫冰倩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]一種7自由度生機(jī)電假肢手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析[D]. 熊大柱.華中科技大學(xué) 2013
[4]基于同步控制的多指手操作控制方法的研究[D]. 孫金鳳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



本文編號：3281377