人類在長期的發(fā)展過程中,一直希望擁有一種可穿戴的機械設備,以此提高人體的力量和速度,并且減少人體的代謝能消耗,提升工作和生活的效率。近年來出現(xiàn)一些“柔性”可穿戴機器人,其區(qū)別于傳統(tǒng)的剛性外骨骼機器人,沒有剛性連接件,取而代之是輕便舒適的柔性材料,與人體直接接觸,且不限制人體的關節(jié)活動自由度。此外,其能夠以柔性驅(qū)動的方式輔助人體關節(jié)的運動,減少人體活動的代謝能消耗。本文設計了一種可輔助人體行走的柔性下肢外骨骼機器人�；趯θ梭w步態(tài)周期和生物力學分析,提出了輔助髖關節(jié)伸展的助力方案,并且以此為理論基礎對柔性下肢外骨骼機器人的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。柔性下肢外骨骼機器人的結(jié)構(gòu)設計分為柔性穿戴結(jié)構(gòu)設計和執(zhí)行器設計兩個部分。柔性穿戴結(jié)構(gòu)設計方面,采用了雙層柔性材料的設計方案,即保證助力傳遞效率,又提升與人體交互的穿戴舒適度。并且通過優(yōu)化腰帶和大腿綁縛的鮑登線固定點,改進了助力的傳遞路徑,使之與人體高度相容,相比于傳統(tǒng)的髖關節(jié)伸展助力傳遞路徑,提升了助力的傳遞效率。執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設計方面,根據(jù)人體行走的髖關節(jié)運動學參數(shù)和助力需求,分析出電機的性能需求。以柔性驅(qū)動為核心,規(guī)劃了助力的傳遞路徑,提升了人機交互... 

【文章來源】：廣西大學廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

柔性氣動外骨骼機器人[39]

廣西大學碩士學位論文基于多模態(tài)融合的柔性外骨骼系統(tǒng)研究3計一個通用的執(zhí)行器模塊，驅(qū)動不同的綁縛結(jié)構(gòu)，進行多關節(jié)助力（圖1-3）。該裝置應用了導納控制器，能夠精確傳遞追蹤力軌跡。實驗者以1.25m/s的速度行走且為關節(jié)提供助力，助力大小為關節(jié)所需總扭矩的15%，計算出外骨骼傳遞給實驗者髖關節(jié)和踝關節(jié)的平均能量分別為1.67J和3.02J。并且計算出柔性外骨骼機器人傳遞給實驗者髖關節(jié)和踝關節(jié)的效率分別為48%和70%。圖1-2柔性電動外骨骼機器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]圖1-3柔性多關節(jié)助力外骨骼機器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大學柔性康復外骨骼[41]。該裝置為一套中風康復柔性外骨骼機器人，通過輔助踝關節(jié)運動，恢復中風病人術(shù)后的步態(tài)（圖1-4）。中風病人不自然步態(tài)分為兩種，踝關節(jié)背伸受損會降低腳向前推進的距離，破壞步態(tài)的對稱性；踝關節(jié)跖屈受損會減少腳的離地間隔，破壞步態(tài)的協(xié)調(diào)性。該裝置針對病人對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，整體重量僅4.09kg，輕便且穿脫方便。該論文基于IMU設計了一種步態(tài)識別算法，細化了步態(tài)周期中特征點的劃分，提高步態(tài)識別的精度。經(jīng)過對三名中風術(shù)后患者的實驗，結(jié)果表明柔性康復外骨骼機器人能夠改善中風病人術(shù)后的步態(tài)，降低了步態(tài)的不對稱性和提高腳蹬地的力矩。哈佛大學參數(shù)自優(yōu)化柔性外骨骼機器人[42]。該裝置采用了人在回路的思路，把穿戴者測得的代謝能融入控制回路中，用于解決不同穿戴者采用固定的控制策略，出現(xiàn)響應差異過大的問題（如圖1-5所示）。人在回路中控制采用了貝葉斯優(yōu)化的方法降低了信噪比并且對兩個控制參數(shù)進行了優(yōu)化，分別是力軌跡峰值的大小和力軌跡達到峰值的時間。經(jīng)過對8名實驗者的實驗，得到人在回路

廣西大學碩士學位論文基于多模態(tài)融合的柔性外骨骼系統(tǒng)研究3計一個通用的執(zhí)行器模塊，驅(qū)動不同的綁縛結(jié)構(gòu)，進行多關節(jié)助力（圖1-3）。該裝置應用了導納控制器，能夠精確傳遞追蹤力軌跡。實驗者以1.25m/s的速度行走且為關節(jié)提供助力，助力大小為關節(jié)所需總扭矩的15%，計算出外骨骼傳遞給實驗者髖關節(jié)和踝關節(jié)的平均能量分別為1.67J和3.02J。并且計算出柔性外骨骼機器人傳遞給實驗者髖關節(jié)和踝關節(jié)的效率分別為48%和70%。圖1-2柔性電動外骨骼機器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]圖1-3柔性多關節(jié)助力外骨骼機器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大學柔性康復外骨骼[41]。該裝置為一套中風康復柔性外骨骼機器人，通過輔助踝關節(jié)運動，恢復中風病人術(shù)后的步態(tài)（圖1-4）。中風病人不自然步態(tài)分為兩種，踝關節(jié)背伸受損會降低腳向前推進的距離，破壞步態(tài)的對稱性；踝關節(jié)跖屈受損會減少腳的離地間隔，破壞步態(tài)的協(xié)調(diào)性。該裝置針對病人對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，整體重量僅4.09kg，輕便且穿脫方便。該論文基于IMU設計了一種步態(tài)識別算法，細化了步態(tài)周期中特征點的劃分，提高步態(tài)識別的精度。經(jīng)過對三名中風術(shù)后患者的實驗，結(jié)果表明柔性康復外骨骼機器人能夠改善中風病人術(shù)后的步態(tài)，降低了步態(tài)的不對稱性和提高腳蹬地的力矩。哈佛大學參數(shù)自優(yōu)化柔性外骨骼機器人[42]。該裝置采用了人在回路的思路，把穿戴者測得的代謝能融入控制回路中，用于解決不同穿戴者采用固定的控制策略，出現(xiàn)響應差異過大的問題（如圖1-5所示）。人在回路中控制采用了貝葉斯優(yōu)化的方法降低了信噪比并且對兩個控制參數(shù)進行了優(yōu)化，分別是力軌跡峰值的大小和力軌跡達到峰值的時間。經(jīng)過對8名實驗者的實驗，得到人在回路


本文編號：3324663