近年來,可穿戴外骨骼技術(shù)已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱門方向,其開發(fā)與研究旨在增強(qiáng)人體機(jī)能、拓展人體功能,在許多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。目前的外骨骼在結(jié)構(gòu)設(shè)計或多或少應(yīng)用了仿生原理,但在髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的設(shè)計上都采取了關(guān)節(jié)外置的形式,這種布置方法難免會造成外骨骼與人體之間的干涉。本課題的目標(biāo)是設(shè)計一款助力型外骨骼,使外骨骼髖(踝)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線與人體相應(yīng)髖(踝)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線重合,意在從結(jié)構(gòu)設(shè)計層面減少外骨骼與穿戴者之間的干涉,使外骨骼能更為柔順地跟隨人體運(yùn)動,為外骨骼之后的驅(qū)動和控制提供良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容包括:(1)基于仿生學(xué)提出一款助力型外骨骼的設(shè)計方案。綜合以下方面:由人體下肢的肌肉骨骼模型及步態(tài)分析,配置外骨骼的應(yīng)有的自由度,并確定主動自由度,明確了各關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍;考慮人體體格標(biāo)準(zhǔn)和身材的兼容性來確定外骨骼的主要尺寸;設(shè)計外骨骼的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和整體方案,并在SolidWorks中建立所設(shè)計外骨骼的三維模型。(2)對所設(shè)計的外骨骼進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)建模。通過D-H分析法對外骨骼進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)建模,計算其運(yùn)動學(xué)正解與運(yùn)動學(xué)逆解,并計算了外骨骼的雅克比矩陣,為外骨骼的承力指標(biāo)的計算...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1BLEEX機(jī)械結(jié)構(gòu)及自由度分配Exiohiker用于在長期任務(wù)中承受重負(fù)荷，自重14.1kg（包括動力裝置、電池和車載電腦），有效載荷：68kg（150lb），而佩戴者感覺不到重量；工作音量幾

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第9頁圖1.1BLEEX機(jī)械結(jié)構(gòu)及自由度分配Exiohiker用于在長期任務(wù)中承受重負(fù)荷，自重14.1kg（包括動力裝置、電池和車載電腦），有效載荷：68kg（150lb），而佩戴者感覺不到重量；工作音量幾乎不可察覺；續(xù)航方面，若無太陽能電池板時，....

圖1.2HAL-5TypeCHAL-5主要由控制器/計算機(jī)、電池組、動力單元、傳感器（包括肌電傳感器、關(guān)節(jié)處的角度傳感器、地面接觸力傳感器和獲得身體位姿信號的陀螺儀）等組成

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第10頁能上也有所提升，還增加了部分上肢功能；其在結(jié)合了ExoHiker和ExoClimber的特點外，還具有兩大特性：在不妨礙穿戴者的情況下，最高承載可達(dá)90.7kg（200lb）降低穿戴者的代謝成本（即耐力增強(qiáng)）。第二個特性使HULC擁有其他外....

圖1.3CVC：基于生物電信號的控制算法&肌電傳感器安裝位置

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第11頁圖1.3CVC：基于生物電信號的控制算法&肌電傳感器安裝位置如圖1.3，HAL下肢外骨骼采用4個EMG生物傳感器，以測量、預(yù)估膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的力矩，然后控制相應(yīng)關(guān)節(jié)的直流電機(jī)，補(bǔ)償相應(yīng)扭矩以提供支撐或輔助運(yùn)動。②自動控制（CybernicA....

圖1.4CAC：基于步態(tài)周期的控制算法其工作原理為：穿戴HAL進(jìn)行運(yùn)動（如步行，站立，坐下等），隨之分析并

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第11頁圖1.3CVC：基于生物電信號的控制算法&肌電傳感器安裝位置如圖1.3，HAL下肢外骨骼采用4個EMG生物傳感器，以測量、預(yù)估膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的力矩，然后控制相應(yīng)關(guān)節(jié)的直流電機(jī)，補(bǔ)償相應(yīng)扭矩以提供支撐或輔助運(yùn)動。②自動控制（CybernicA....

本文編號：3948727