【摘要】：機(jī)床上下料領(lǐng)域,10kg以內(nèi)小型物料的搬運工作主要是由工人完成的,長時間的工作會引起上肢疲勞;此外,機(jī)床的不正當(dāng)操作或突發(fā)情況的出現(xiàn),也有可能對人體上肢產(chǎn)生傷害。針對上述問題,本文研究設(shè)計一款基于液壓驅(qū)動的穿戴式上肢助力機(jī)械臂,用于輔助人體搬運10kg以內(nèi)的小型物料。穿戴助力機(jī)械臂后,可以把末端負(fù)載力傳遞到全身,從而緩解人體上肢的疲勞;同時,末端執(zhí)行器代替工人人手操作,起到了安全保護(hù)的作用。本文的主要研究工作如下:助力機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計。依據(jù)工作要求,從人體上肢運動機(jī)理出發(fā),設(shè)計一套5自由度上肢助力機(jī)械臂;以液壓作為驅(qū)動源,對液壓回路進(jìn)行分析設(shè)計;傳動方式選擇鋼絲繩傳動,對鋼絲繩進(jìn)行選型設(shè)計;對主體部件和主要零件進(jìn)行靜力分析,檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。助力機(jī)械臂運動學(xué)分析。借助D-H法構(gòu)造運動學(xué)模型,進(jìn)行運動學(xué)正逆解的計算;基于蒙特卡洛算法,借助Matlab求解工作空間云圖;計算雅可比矩陣,建立關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器間的速度映射關(guān)系;基于ADAMS針對兩種常見搬運任務(wù),進(jìn)行運動學(xué)仿真分析。助力機(jī)械臂動力學(xué)分析。通過添加輔助彈簧、滑輪的方式,建立助力機(jī)械臂的重力平衡模型,使其在運動過程中勢能保持不變,減少關(guān)節(jié)損耗;借助拉格朗日方程法,構(gòu)建動力學(xué)方程;基于ADAMS進(jìn)行動力學(xué)仿真,分析對比重力平衡狀態(tài)和非重力平衡狀態(tài)下的關(guān)節(jié)力矩變化曲線,考察重力平衡的有效性。
【圖文】：

Hardiman系統(tǒng)

以增強(qiáng)人體提重能力為主要目的。此外，人體穿戴機(jī)械臂后利用末端執(zhí)行器代替人手操作，可以有效的減少工傷的發(fā)生，保護(hù)人體的自身安全。本研究在減輕人體上肢疲勞和保護(hù)人體安全方面具有重要的研究意義，應(yīng)用前景廣泛。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀人類試圖增強(qiáng)自身力量和耐力的夢想自古就有，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，助力機(jī)械的研究逐漸地引起了人們的注意。人們對這種可以增強(qiáng)人體力量，提高自身耐力，并提供安全防護(hù)的機(jī)械裝置，，產(chǎn)生了極大的關(guān)注[8-9]。1960 年，美國和日本率先提出了開展外骨骼裝置研究的計劃。研究者們試圖研發(fā)出一種可以穿在人體上，同時又具有動力裝置的外骨骼機(jī)構(gòu)。外骨骼在控制系統(tǒng)的控制下，利用驅(qū)動裝置來模擬人體肌肉的動作，帶動外骨骼進(jìn)行運動，使操作者在穿上外骨骼后，會擁有超出自身極限的強(qiáng)大力量[10]。這一研究一經(jīng)提出，激起了人們的廣泛關(guān)注，在此之后，其他研究者們也陸續(xù)投入到外骨骼的研究中去。
【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】：2019
【分類號】：TP241

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10 本報首席記者 張銳鑫 通訊員 宋明麗 竇芳超;探訪中航光電“機(jī)器人大工匠”[N];洛陽日報;2017年

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本文編號：2640531