外骨骼是一種動(dòng)力輔助裝置,在軍事和民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。下肢外骨骼旨在降低人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的代謝消耗,肌肉出力或增加行走速度。對(duì)于傳統(tǒng)的全驅(qū)動(dòng)外骨骼,雖然它允許穿戴者攜帶重物,但本身質(zhì)量和消耗能量較大。對(duì)于被動(dòng)式外骨骼,通過(guò)在關(guān)節(jié)處增加彈性儲(chǔ)能元件進(jìn)行能量周期儲(chǔ)存,可以提高能量利用率。但是,由于其缺少主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元,無(wú)法為爬樓梯和負(fù)重步行提供主動(dòng)助力。對(duì)于傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)外骨骼,通常只有單個(gè)關(guān)節(jié)為主動(dòng)驅(qū)動(dòng),以減少驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量,這限制了外骨骼的輔助性能。鮑登線驅(qū)動(dòng)的柔性外骨骼能夠減少了對(duì)穿著者運(yùn)動(dòng)的干涉,但提供的助力有限。為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元個(gè)數(shù)少和良好的助力性能,本文提出了一種基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)欠驅(qū)動(dòng)原理的下肢外骨骼。首先,通過(guò)ADAMS和Life MOD平臺(tái)建立人體精確的生物力學(xué)模型來(lái)研究人體下肢復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),以獲取人體下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。基于這些運(yùn)動(dòng)信息,對(duì)欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使其與人體自由度,運(yùn)動(dòng)相兼容。對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元分析,以驗(yàn)證其強(qiáng)度。然后分析了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理,推導(dǎo)出了鋼絲繩運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。其次,對(duì)欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。推導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程...

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀分析
    1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容
第2章 欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 人體下肢運(yùn)動(dòng)特性研究
        2.2.1 人體的基本面及基本軸
        2.2.2 人體生物力學(xué)模型建立
        2.2.3 人體水平行走步態(tài)仿真
    2.3 下肢外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.1 鋼絲繩-滑輪機(jī)構(gòu)欠驅(qū)動(dòng)原理分析
        2.3.2 下肢外骨骼機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 下肢外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析
    3.1 引言
    3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    3.3 動(dòng)力學(xué)分析
        3.3.1 單足支撐相動(dòng)力學(xué)模型
        3.3.2 雙足支撐(雙足貼合地面)動(dòng)力學(xué)模型
        3.3.3 雙足支撐(單足貼合地面)動(dòng)力學(xué)模型
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于時(shí)間窗口的外骨骼關(guān)節(jié)協(xié)同助力控制研究
    4.1 引言
    4.2 髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)協(xié)同助力時(shí)間窗口的計(jì)算方法
    4.3 基于動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)節(jié)力軌跡生成
        4.3.1 單腿支撐相動(dòng)力學(xué)計(jì)算
        4.3.2 雙腿支撐相動(dòng)力學(xué)計(jì)算
        4.3.3 關(guān)節(jié)力軌跡計(jì)算
    4.4 基于力反饋的閉環(huán)控制方案
        4.4.1 外骨骼直接力控制
        4.4.2 外骨骼間接力控制
    4.5 人體-欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼系統(tǒng)聯(lián)合仿真
        4.5.1 人體生物力學(xué)仿真方法設(shè)計(jì)
        4.5.2 人-下肢外骨骼連接方法設(shè)計(jì)
        4.5.3 無(wú)下肢外骨骼助力下的人體行走仿真
        4.5.4 有下肢外骨骼助力下的人體行走仿真
        4.5.5 仿真結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 控制系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)集成
        5.2.1 控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)整體框架
        5.2.2 控制和傳感單元
    5.3 下肢外骨骼穿戴行走實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 行走速度4km/h時(shí)的實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 行走速度5km/h時(shí)的實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 行走速度6km/h時(shí)的實(shí)驗(yàn)
        5.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
    5.4 環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果
致謝



本文編號(hào)：3801611