外骨骼是一種并聯(lián)于人體外側(cè),用于助力、助行或者輔助康復(fù)治療的裝置。作為助力應(yīng)用,外骨骼可以增強穿戴者的肢體能力或者直接承擔(dān)外負(fù)荷,從而可以有效的降低人體能量消耗,可作為一種遠(yuǎn)距離負(fù)重行走的助力器械應(yīng)用于軍事;其助行或者輔助康復(fù)治療功能可以幫助肢體功能不健全的人進(jìn)行正常行走,或者完成搬運物品的動作。本研究開發(fā)的外骨骼裝置旨在進(jìn)行戶外醫(yī)療康復(fù)或老年人助力,為了避免雙下肢外骨骼的笨重,本研究主要針對單下肢外骨骼。膝關(guān)節(jié)外骨骼國外已有研究機(jī)構(gòu)在研究,在國內(nèi)仍然在理論研究階段,總結(jié)發(fā)現(xiàn):國外膝關(guān)節(jié)外骨骼的驅(qū)動較為笨重,或者開發(fā)成本昂貴,故本研究設(shè)計制造了此款輕便的膝關(guān)節(jié)外骨骼裝置。本文將從以下幾個方面進(jìn)行介紹:1.機(jī)械結(jié)構(gòu)方面。此款新型膝關(guān)節(jié)外骨骼設(shè)備結(jié)構(gòu)主要包括:機(jī)械本體和液壓阻尼器。膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)由液壓阻尼器驅(qū)動,為了進(jìn)一步滿足穿戴需求和輕便要求,設(shè)計制造了兩版外骨骼機(jī)械本體和阻尼器。作為外骨骼的主要元件-液壓阻尼器,采用ADAMS軟件進(jìn)行行走仿真分析以及運動學(xué)和動力學(xué)分析,最終選取合適的阻尼器參數(shù)。2.控制系統(tǒng)。控制器采用STM32單片機(jī),設(shè)計制作了膝關(guān)節(jié)外骨骼信號采集硬件結(jié)構(gòu)。通過采集一組足... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２國內(nèi)外骨骼機(jī)器人??

進(jìn)行人體運動的分析通常是在基本姿勢下，即身體直立，雙腳并排站立，兩手??在身體兩側(cè)，手掌附于身體一側(cè)。人體的運動可以用世界坐標(biāo)系的平面和軸進(jìn)行表??示，如圖２－１所示。??水?ｒ？丨??ｚ?ｒ｜?ａ??圖２－１人體的基本切面和基本軸??Ｆｉｇ．２－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｂａｓｉｃ?ａｘｉｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｕｍａｎ?ｂｏｄｙ??解剖平面是一個假設(shè)的平面，用于人體的橫斷面，用來描述結(jié)構(gòu)的位置或運動??方向。在人體解剖學(xué)和動物解剖學(xué)中，使用了三個主平面：??矢狀面或中間平面（縱向、前后）是一個平行于身體的矢狀平面。它把身體切??成左右兩部分（劉鵬，２０１６）。??冠狀面或額狀面（垂直）將身體分為背部和腹部（背部、前部、后部和前??部）。??橫向平面或軸向平面（橫向、水平）把身體切成上下（頭和尾）兩部分。??１３??

擺動階段：擺動階段是步態(tài)周期的一部分，在這個過程中，基準(zhǔn)腳不接觸地面??而在空中搖擺，這個過程約占整個步態(tài)周期的４０％。它有三個部分：初始擺動，搖??擺中期和擺動末期。行走時下肢的軌跡如圖２－２所示。??Ａ?ｉ?１?ｉｌ?１?ｋ??右足跟著地右足放平?右站立中期?右足跟離地右足趾離地?右邁步中期右足跟著地??ｉ?Ｈ?Ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?＼?Ｈ?Ｈ?ｉ??０％?１０％?２０％?３０％?４０％?５０％?６０％?７０％?８０％?９０％?１００％??圖２－２人體步態(tài)周期??Ｆｉｇ．２－２?Ｈｕｍａｎ?ｇａｉｔ?ｃｙｃｌｅ??２．４．膝關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計??對膝關(guān)節(jié)外骨骼的機(jī)械結(jié)構(gòu)仔細(xì)研究，本研宄設(shè)計開發(fā)了第一版外骨骼結(jié)構(gòu)。??由于經(jīng)驗不足，其部分功能達(dá)不到要求，在此基礎(chǔ)上，本研究又繼續(xù)設(shè)計制造第二??款膝關(guān)節(jié)外骨骼助力裝置。??２．４．１．初版外骨骼設(shè)計??目前，機(jī)械設(shè)計在下肢康復(fù)機(jī)器人技術(shù)研究中有重大的意義。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計??有助于優(yōu)化控制策略的功能，提高康復(fù)效果和用戶舒適度，降低生產(chǎn)成本。??根據(jù)人體下肢的尺寸，研究進(jìn)行多次設(shè)計和改進(jìn)，本文設(shè)計的第一版膝關(guān)節(jié)外??骨骼的機(jī)械本體如下圖所示，他主要有大腿部分、小腿部分和液壓阻尼器及相關(guān)附??件組成

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多關(guān)節(jié)外骨骼助力機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 宋遒志,王曉光,王鑫,汪陽.  兵工學(xué)報. 2016(01)
[2]外骨骼機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 邢凱,趙新華,陳煒,侍才洪,郭月,張西正.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2015(01)
[3]步態(tài)分析在下肢假肢裝配中的應(yīng)用[J]. 吳志彬,蔣宛凌,舒彬.  中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志. 2013(12)
[4]下肢外骨骼助行機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)分析[J]. 劉會勇,趙青.  機(jī)床與液壓. 2013(13)
[5]外骨骼機(jī)器人的研究發(fā)展[J]. 柴虎,侍才洪,王賀燕,張坤亮,楊康健,趙潤洲,張西正.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2013(04)
[6]基于ADAMS軟件的3-RPS并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)仿真[J]. 陳紅亮,陳升芳,羅玉峰.  機(jī)床與液壓. 2013(05)
[7]下肢助力外骨骼的動力學(xué)分析及仿真[J]. 韓亞麗,王興松.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2013(01)
[8]穿戴式下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計[J]. 王志鵬,郭險峰.  科技資訊. 2012(33)
[9]下肢外骨骼行走康復(fù)機(jī)器人研究與設(shè)計[J]. 饒玲軍,謝叻,朱小標(biāo).  機(jī)械設(shè)計與研究. 2012(03)
[10]下肢行走康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 陳撿,韓建海,程衛(wèi)衛(wèi).  液壓與氣動. 2011(08)

博士論文
[1]基于柔性傳動的助力全身外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)研究[D]. 陳春杰.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院) 2017
[2]液壓驅(qū)動下肢外骨骼機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 范伯騫.浙江大學(xué) 2017
[3]液壓驅(qū)動下肢外骨骼機(jī)器人擺動相控制系統(tǒng)研究[D]. 靳興來.浙江大學(xué) 2017
[4]下肢外骨骼的動力學(xué)分析與運動規(guī)劃[D]. 賈山.東南大學(xué) 2016
[5]助行康復(fù)機(jī)器人控制策略研究[D]. 伊蕾.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[6]可穿戴型助力機(jī)器人技術(shù)研究[D]. 陳峰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[7]幾類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的動力學(xué)分析及混沌理論的研究[D]. 吳晨.復(fù)旦大學(xué) 2006

碩士論文
[1]六自由度并聯(lián)機(jī)器人控制算法研究[D]. 文剛.西南交通大學(xué) 2017
[2]基于人體助力外骨骼的老年人家用醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計研究[D]. 周振.重慶大學(xué) 2016
[3]一種六自由度靜載平衡汽車運動模擬平臺的機(jī)構(gòu)學(xué)研究[D]. 劉鵬.燕山大學(xué) 2016
[4]基于下肢關(guān)節(jié)力矩解算與預(yù)測的人體運動趨勢感知研究[D]. 楊叢為.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[5]基于慣性傳感器的步態(tài)測量方法研究與實現(xiàn)[D]. 季冉.大連理工大學(xué) 2015
[6]助行動力外骨骼機(jī)器人控制技術(shù)研究[D]. 陳志明.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[7]一類非線性級聯(lián)反饋系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制[D]. 汪超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[8]自主減重外骨骼下肢機(jī)器人的混合控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 鄭航明.電子科技大學(xué) 2014
[9]穿戴式步態(tài)矯形器感知系統(tǒng)研究[D]. 張行.武漢理工大學(xué) 2014
[10]可穿戴下肢康復(fù)外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析[D]. 李美成.長春理工大學(xué) 2014



本文編號：3527083