本文關(guān)鍵詞：人體下肢動力外骨骼模型的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人體動力外骨骼是涉及機械設(shè)計制造、機電一體化、驅(qū)動、傳感器、自動化控制、人工智能、人機工程學(xué)等多學(xué)科的綜合技術(shù)。本課題針對日益加重的人口老齡化問題,采用動力外骨骼技術(shù),提出用于輔助老年人生活的一種服務(wù)型機器人——人體下肢動力外骨骼,該裝置具有輔助增力功能,能夠幫助老年人行走及上下樓梯等工作,也可以幫助殘障病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。論文的主要研究內(nèi)容包括外骨骼的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、外骨骼運動學(xué)分析、人機耦合動力學(xué)聯(lián)合建模及仿真研究等,具體如下：1)人體下肢生理特性分析通過研究人體下肢的生理結(jié)構(gòu)、空間坐標(biāo)系下關(guān)節(jié)的自由度、步態(tài)的特征參數(shù)和運動參數(shù),確定出人體下肢運動的自由度,根據(jù)步態(tài)特征把步態(tài)周期分為擺動相和支撐相。2)下肢外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化基于外骨骼與人體的耦合特性,設(shè)計出了符合人體運動機理的外骨骼機械結(jié)構(gòu),分別對外骨骼組成系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件運用Workbench進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化和多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化,并重新設(shè)計出相應(yīng)的模型,并在不同的工況下分別對外骨骼機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析檢驗。3)下肢外骨骼運動學(xué)研究分別使用運動學(xué)正問題研究方法、位姿變換等理論計算方法和仿真試驗方法對下肢外骨骼的運動學(xué)問題進(jìn)行分析和計算,運用D-H運動模型建立了空間坐標(biāo)下下肢外骨骼的運動學(xué)方程,在ADAMS仿真軟件環(huán)境中對運動學(xué)模型進(jìn)行了仿真計算,并求解出下肢外骨骼各運動學(xué)參數(shù)與時間的函數(shù)關(guān)系。4)下肢外骨骼動力學(xué)研究用Newton-Euler法分別對單腿支撐和雙腿支撐工況給予動力學(xué)分析、數(shù)學(xué)建模和求解,并在ADAMS虛擬樣機下初步完成了人機耦合的仿真運行,求得了關(guān)節(jié)力矩與運動周期的關(guān)系曲線。5)動力外骨骼樣機試驗搭建了動力外骨骼樣機的試驗平臺,制作了相關(guān)的零部件并裝配,確定出步進(jìn)電機、驅(qū)動器、控制器、信號發(fā)生器的型號,運用Visual C++6.0軟件編寫了步態(tài)預(yù)判控制的程序并運行程序得出試驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)試驗存在的問題,提出了解決的方案。
【關(guān)鍵詞】：下肢動力外骨骼 結(jié)構(gòu)設(shè)計 運動學(xué)分析 動力學(xué)研究
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 國內(nèi)外下肢動力外骨骼的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外下肢動力外骨骼的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)下肢動力外骨骼的發(fā)展和研究現(xiàn)狀13
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容、技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)13-17
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容13-14
• 1.3.2 技術(shù)路線14
• 1.3.3 關(guān)鍵技術(shù)14-17
• 2 人體下肢結(jié)構(gòu)及行走步態(tài)研究17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 人體下肢生理結(jié)構(gòu)17-19
• 2.2.1 髖部及運動功能17-18
• 2.2.2 膝部及運動功能18
• 2.2.3 踝部及運動功能18-19
• 2.3 人體下肢主要參數(shù)19-21
• 2.3.1 基于空間坐標(biāo)系下的人體參數(shù)19-20
• 2.3.2 下肢各關(guān)節(jié)自由度及活動度20-21
• 2.4 人體基本步態(tài)參數(shù)21-23
• 2.4.1 步態(tài)的特征參數(shù)21-22
• 2.4.2 步態(tài)的運動參數(shù)22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-25
• 3 下肢外骨骼裝置運動學(xué)分析25-43
• 3.1 引言25
• 3.2 運動學(xué)研究的兩類問題25-26
• 3.2.1 運動學(xué)正問題25-26
• 3.2.2 運動學(xué)逆問題26
• 3.3 機器人位姿的描述26-28
• 3.3.1 點的位姿描述26-27
• 3.3.2 連桿的位姿描述27-28
• 3.4 齊次坐標(biāo)變換矩陣與齊次變換28-31
• 3.4.1 齊次坐標(biāo)變換矩陣29
• 3.4.2 齊次變換29-31
• 3.5 下肢外骨骼機器人運動學(xué)方程的建立31-37
• 3.5.1 相鄰連桿之間的齊次變換32-33
• 3.5.2 下肢外骨骼D-H模型33-35
• 3.5.3 下肢外骨骼運動學(xué)方程35-37
• 3.6 下肢外骨骼運動學(xué)仿真與分析37-41
• 3.6.1 下肢外骨骼模型的建立37-38
• 3.6.2 外骨骼行走仿真的設(shè)置38
• 3.6.3 步行仿真與分析38-41
• 3.7 本章小結(jié)41-43
• 4 外骨骼機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化43-63
• 4.1 外骨骼機械結(jié)構(gòu)設(shè)計43-45
• 4.1.1 液壓驅(qū)動型外骨骼機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案43
• 4.1.2 電機驅(qū)動型外骨骼機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案43-44
• 4.1.3 外骨骼機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確立和詳細(xì)設(shè)計44-45
• 4.2 基于ANSYS的外骨骼結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化45-56
• 4.2.1 髖部支撐結(jié)構(gòu)的分析及優(yōu)化46-51
• 4.2.2 大、小腿連桿及鉸鏈關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化51-56
• 4.3 不同工況下的下肢外骨骼靜力學(xué)分析56-62
• 4.3.1 正常站立工況下的靜力學(xué)分析56-59
• 4.3.2 單腿支撐工況下的靜力學(xué)分析59-61
• 4.3.3 雙腿支撐工況下的靜力學(xué)分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 5 下肢動力外骨骼動力學(xué)分析63-81
• 5.1 引言63
• 5.2 動力學(xué)分析常用方法63-66
• 5.2.1 拉格朗日方法63-64
• 5.2.2 牛頓-歐拉方法64-66
• 5.3 下肢動力外骨骼動力學(xué)分析66-70
• 5.3.1 單腳支撐行走模式下牛頓-歐拉數(shù)學(xué)模型66-68
• 5.3.2 雙腳支撐行走模式下牛頓-歐拉數(shù)學(xué)模型68-70
• 5.4 人機耦合動態(tài)仿真與分析70-80
• 5.4.1 人體模型和外骨骼模型的建立70-73
• 5.4.2 人機耦合行走動力學(xué)仿真與分析73-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 6 下肢外骨骼樣機的搭建與試驗81-95
• 6.1 基于三自由度的髖部的建立81-82
• 6.2 關(guān)節(jié)能量補償和限位結(jié)構(gòu)的制作82-83
• 6.3 腿連桿及束緊帶的制作83
• 6.4 樣機試驗平臺系統(tǒng)的硬件組成83-87
• 6.4.1 步進(jìn)電機及驅(qū)動器83-85
• 6.4.2 控制器和信號發(fā)生器85-86
• 6.4.3 整體試驗樣機86-87
• 6.5 樣機試驗平臺軟件的組成及程序編寫87-91
• 6.6 試驗結(jié)果及分析91-93
• 6.7 本章小結(jié)93-95
• 7 總結(jié)及展望95-97
• 7.1 全文總結(jié)95-96
• 7.2 展望96-97
• 致謝97-99
• 參考文獻(xiàn)99-103
• 攻讀學(xué)位期間的科研成果103-105

  本文關(guān)鍵詞：人體下肢動力外骨骼模型的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：464332