隨著科技進步,人機交互、輔助醫(yī)療、機器人技術在日常服務領域的應用日益增多,為人們生活帶來諸多便利。本文圍繞上述領域,基于輔助人長途行走運動、降低自身體能消耗的現(xiàn)實意義,以結構簡潔靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定性高和穿戴舒適為設計目標,開展了下肢助力外骨骼機器人的設計研究。首先,從分析人體下肢結構入手,在遵循人體結構尺寸參數(shù)的前提下,按照踝關節(jié)、膝關節(jié)、髖關節(jié)和腰部相關結構的模塊劃分方式,對下肢助力外骨骼的整體機械結構進行設計;為了到達結構精巧、系統(tǒng)穩(wěn)定的目的,選擇液壓驅動方案,并采用遺傳算法對液壓缸與氣缸平衡機構進行優(yōu)化設計,依照優(yōu)化結果選擇液壓缸參數(shù)。其次,采用Workbench軟件對踝關節(jié)柔性元件和腰部柔性元件進行有限元分析,仿真結果表明:在正常施加載荷的情況下,踝關節(jié)柔性元件和腰部柔性元件的最大應力低于材料的許用應力、最大形變量符合設計要求。然后,建立下肢助力外骨骼的D-H模型,進行正運動學和逆運動學的求解,并運用拉格朗日動力學法進行動力學方程的建立與分析。最后,采用三次多項式插值法對外骨骼的步態(tài)進行求解與分析,并借助Matlab軟件對下肢助力外骨骼的步態(tài)進行建模與規(guī)劃,通過分析模型運動過程中的... 

【文章來源】：山東科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ外骨骼?

?緒論??骼機器人，如圖１－１所示。與己研發(fā)的外骨骼設備相比，Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ系列行??動敏捷且強勁有力，當人體穿戴ＸＯＳ系列外骨骼時，可舉放９００．７ｋｇ的重物卻??只有９ｋｇ體感，并可連續(xù)舉放５０－５００次［５］。但其自帶電池只能使用４０分鐘，需??隨身配備充電電源線，如若解決電源問題，相信很快可以實用化。目前，ＳＡＲＣＯＳ??外骨骼機器人旨在擴大和增加用戶量，如在鏟車無法進入的泥濘、偏遠地區(qū)借??助外骨骼完成貨物快速裝卸。??考ｆ??圖１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ外骨骼?圖１－２伯克利下肢末端外骨骼??Ｆｉｇ．?１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｅｒｋｅｌｅｙ?Ｌｏｗｅｒ?Ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ??Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ??２００４年，美國加州大學伯克利發(fā)布“伯克利下肢末端外骨骼”（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ??Ｌｏｗｅｒ?Ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ，ＢＬＥＥＸ），如圖?１－２?所不［６］。該裝置通過人體行走??充充電，電源可連續(xù)作業(yè)２０小時，最大負載４５ｋｇ。人體處于最高負載時，穿戴??者的耗氧量比未穿戴者自力承擔相同負載的耗氧量少１５％。動力上

矗?１?％??ｆｉｒ?Ｒ?ｆ??警—］Ｊ?＃崳?圖１－４?Ｓｏｇａｎｇ外骨骼?圖１－５?Ｈａｎｙａｎｇ外骨骼??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｏｇａｎｇ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?Ｆｉｇ．?１－５?Ｈａｎｙａｎｇ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ??１．２．２國內(nèi)外骨骼機器人現(xiàn)狀??我國在外骨骼機器人領域的科學研宄起步晚于國外發(fā)達國家，但隨著外骨??骼在軍事、醫(yī)療、社會等領域的作用越來越重要，國內(nèi)各科研院所也逐步展開??對外骨骼機器人的研發(fā)，如中科院合肥智能機械研宄所、華東理工大學、浙江??大學等，并取得一系列有價值的科研成果。??中科院合肥智能機械研宄所葛運建教授參與研發(fā)的下肢助力外骨骼機器??人，是國內(nèi)進行較早的外骨骼研宄，如圖１－６所示［１２］。該外骨骼是與日本鹿島??大學余永等學者基于擬人化思想聯(lián)合研制的，采用電機驅動，每條腿有６個自??由度，包含踝關節(jié)的屈曲／伸展、膝關節(jié)的屈曲／伸展、髖關節(jié)的屈曲／伸展、內(nèi)??旋／外旋和內(nèi)收／外展以及足尖跖趾關節(jié)［１３］。??圖１－６智能機械研究所外骨骼?圖１－７華東理工大學外骨骼??Ｆｉｇ．?１－６?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ?ｏｆ?Ｆｉｇ．?１－７?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｏｆ?Ｅａｓｔ?Ｃｈｉｎａ??ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｍａｃｈｉｎｅｒｙ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｓｃｉｅｎｃｅ?ａｎｄ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??華東理工大學曹恒教授與其科研團隊研制出腿部有完整自由度即七自由度??的下肢助力外骨骼

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]外骨骼康復機器人步態(tài)規(guī)劃及穩(wěn)定性分析[D]. 劉新越.南京理工大學 2017
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[6]基于SolidWorks的工業(yè)機器人離線仿真系統(tǒng)[D]. 宋鵬飛.齊魯工業(yè)大學 2013
[7]一種穿戴式下肢康復機器人的步態(tài)規(guī)劃及康復策略[D]. 徐汝龍.西華大學 2012
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本文編號：3007687