發(fā)布時間：2020-04-25 17:58

【摘要】：機床上下料領域,10kg以內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,機床的不正當操作或突發(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,本文研究設計一款基于液壓驅動的穿戴式上肢助力機械臂,用于輔助人體搬運10kg以內的小型物料。穿戴助力機械臂后,可以把末端負載力傳遞到全身,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,起到了安全保護的作用。本文的主要研究工作如下:助力機械臂結構設計。依據(jù)工作要求,從人體上肢運動機理出發(fā),設計一套5自由度上肢助力機械臂;以液壓作為驅動源,對液壓回路進行分析設計;傳動方式選擇鋼絲繩傳動,對鋼絲繩進行選型設計;對主體部件和主要零件進行靜力分析,檢驗結構設計的可靠性。助力機械臂運動學分析。借助D-H法構造運動學模型,進行運動學正逆解的計算;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,建立關節(jié)和末端執(zhí)行器間的速度映射關系;基于ADAMS針對兩種常見搬運任務,進行運動學仿真分析。助力機械臂動力學分析。通過添加輔助彈簧、滑輪的方式,建立助力機械臂的重力平衡模型,使其在運動過程中勢能保持不變,減少關節(jié)損耗;借助拉格朗日方程法,構建動力學方程;基于ADAMS進行動力學仿真,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)

以增強人體提重能力為主要目的。此外，人體穿戴機械臂后利用末端執(zhí)行器代替人手操作，可以有效的減少工傷的發(fā)生，保護人體的自身安全。本研究在減輕人體上肢疲勞和保護人體安全方面具有重要的研究意義，應用前景廣泛。1.2 國內外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀人類試圖增強自身力量和耐力的夢想自古就有，在科學技術日益發(fā)展的今天，助力機械的研究逐漸地引起了人們的注意。人們對這種可以增強人體力量，提高自身耐力，并提供安全防護的機械裝置，，產(chǎn)生了極大的關注[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構。外骨骼在控制系統(tǒng)的控制下，利用驅動裝置來模擬人體肌肉的動作，帶動外骨骼進行運動，使操作者在穿上外骨骼后，會擁有超出自身極限的強大力量[10]。這一研究一經(jīng)提出，激起了人們的廣泛關注，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。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP241

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本文編號：2640531