被動式外骨骼可以減少行走能量消耗且不耗費電能,在軍事、民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。針對現(xiàn)有被動式外骨骼節(jié)省的能量較少且無法適應(yīng)不同行走配置等問題,提出了多級能量鎖原理,并根據(jù)此原理設(shè)計了一款被動式外骨骼機械足。首先,基于多級能量鎖原理,建立人體行走時支撐相儲能階段和釋能階段的人機耦合ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析)動力學(xué)模型。然后,對被動式外骨骼機械足進行了優(yōu)化:基于所建立的動力學(xué)模型分析了彈簧位置和彈簧釋放角度這2個結(jié)構(gòu)參數(shù)對機械足助力性能的影響規(guī)律,并結(jié)合足跟高度求得了這2個參數(shù)的最優(yōu)解。最后,基于行走實驗和有限元仿真分析,對被動式外骨骼機械足的強度、剛度、流暢性和舒適性等進行了優(yōu)化,優(yōu)化后機械足的質(zhì)量約減輕500 g,安全系數(shù)達到了3.04,運行流暢性和舒適性顯著提升。結(jié)果表明,釋能階段是被動式外骨骼機械足發(fā)揮作用的關(guān)鍵階段;彈簧釋放角度對釋能階段機械足助力性能的影響較為顯著,即為影響機械足助力性能的關(guān)鍵參數(shù)。研究結(jié)果可為外骨骼設(shè)計提供重要參考。

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【文章目錄】：
1 基于多級能量鎖原理的被動式外骨骼機械足結(jié)構(gòu)設(shè)計
    1.1 多級能量鎖原理
    1.2 被動式外骨骼機械足結(jié)構(gòu)設(shè)計
2 基于逆動力學(xué)的被動式外骨骼機械足參數(shù)設(shè)計
    2.1 機械足助力性能評價指標(biāo)選定
    2.2 機械足參數(shù)設(shè)計方法
        2.2.1 外骨骼-下肢動力學(xué)模型建立
        2.2.2 動力學(xué)仿真分析及求解過程
        2.2.3 動力學(xué)仿真結(jié)果及分析
        2.2.4 足跟高度分析及最優(yōu)參數(shù)選定
3 被動式外骨骼機械足實體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
    3.1 行走實驗
    3.2 危險時段1的瞬態(tài)動力學(xué)有限元分析
        3.2.1 模型簡化和預(yù)處理
        3.2.2 結(jié)果與分析
    3.3 危險時刻2的靜力學(xué)有限元分析
        3.3.1 模型簡化和預(yù)處理
        3.3.2 結(jié)果與分析
    3.4 強度和剛度優(yōu)化
    3.5 運行流暢性改善
    3.6 輕量化及舒適性優(yōu)化
4 結(jié)論及展望



本文編號：3754971