人類在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中,一直希望擁有一種可穿戴的機(jī)械設(shè)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(jī)器人,其區(qū)別于傳統(tǒng)的剛性外骨骼機(jī)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(guān)節(jié)活動(dòng)自由度。此外,其能夠以柔性驅(qū)動(dòng)的方式輔助人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),減少人體活動(dòng)的代謝能消耗。本文設(shè)計(jì)了一種可輔助人體行走的柔性下肢外骨骼機(jī)器人�；趯�(duì)人體步態(tài)周期和生物力學(xué)分析,提出了輔助髖關(guān)節(jié)伸展的助力方案,并且以此為理論基礎(chǔ)對(duì)柔性下肢外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。柔性下肢外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為柔性穿戴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和執(zhí)行器設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。柔性穿戴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,采用了雙層柔性材料的設(shè)計(jì)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(diǎn),改進(jìn)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(guān)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(shè)計(jì)方面,根據(jù)人體行走的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和助力需求,分析出電機(jī)的性能需求。以柔性驅(qū)動(dòng)為核心,規(guī)劃了助力的傳遞路徑,提升了人機(jī)交互... 

【文章來源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

柔性氣動(dòng)外骨骼機(jī)器人[39]

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于多模態(tài)融合的柔性外骨骼系統(tǒng)研究3計(jì)一個(gè)通用的執(zhí)行器模塊，驅(qū)動(dòng)不同的綁縛結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多關(guān)節(jié)助力（圖1-3）。該裝置應(yīng)用了導(dǎo)納控制器，能夠精確傳遞追蹤力軌跡。實(shí)驗(yàn)者以1.25m/s的速度行走且為關(guān)節(jié)提供助力，助力大小為關(guān)節(jié)所需總扭矩的15%，計(jì)算出外骨骼傳遞給實(shí)驗(yàn)者髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的平均能量分別為1.67J和3.02J。并且計(jì)算出柔性外骨骼機(jī)器人傳遞給實(shí)驗(yàn)者髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的效率分別為48%和70%。圖1-2柔性電動(dòng)外骨骼機(jī)器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]圖1-3柔性多關(guān)節(jié)助力外骨骼機(jī)器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大學(xué)柔性康復(fù)外骨骼[41]。該裝置為一套中風(fēng)康復(fù)柔性外骨骼機(jī)器人，通過輔助踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)中風(fēng)病人術(shù)后的步態(tài)（圖1-4）。中風(fēng)病人不自然步態(tài)分為兩種，踝關(guān)節(jié)背伸受損會(huì)降低腳向前推進(jìn)的距離，破壞步態(tài)的對(duì)稱性；踝關(guān)節(jié)跖屈受損會(huì)減少腳的離地間隔，破壞步態(tài)的協(xié)調(diào)性。該裝置針對(duì)病人對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，整體重量?jī)H4.09kg，輕便且穿脫方便。該論文基于IMU設(shè)計(jì)了一種步態(tài)識(shí)別算法，細(xì)化了步態(tài)周期中特征點(diǎn)的劃分，提高步態(tài)識(shí)別的精度。經(jīng)過對(duì)三名中風(fēng)術(shù)后患者的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明柔性康復(fù)外骨骼機(jī)器人能夠改善中風(fēng)病人術(shù)后的步態(tài)，降低了步態(tài)的不對(duì)稱性和提高腳蹬地的力矩。哈佛大學(xué)參數(shù)自優(yōu)化柔性外骨骼機(jī)器人[42]。該裝置采用了人在回路的思路，把穿戴者測(cè)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(yīng)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(duì)兩個(gè)控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，分別是力軌跡峰值的大小和力軌跡達(dá)到峰值的時(shí)間。經(jīng)過對(duì)8名實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)，得到人在回路

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于多模態(tài)融合的柔性外骨骼系統(tǒng)研究3計(jì)一個(gè)通用的執(zhí)行器模塊，驅(qū)動(dòng)不同的綁縛結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多關(guān)節(jié)助力（圖1-3）。該裝置應(yīng)用了導(dǎo)納控制器，能夠精確傳遞追蹤力軌跡。實(shí)驗(yàn)者以1.25m/s的速度行走且為關(guān)節(jié)提供助力，助力大小為關(guān)節(jié)所需總扭矩的15%，計(jì)算出外骨骼傳遞給實(shí)驗(yàn)者髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的平均能量分別為1.67J和3.02J。并且計(jì)算出柔性外骨骼機(jī)器人傳遞給實(shí)驗(yàn)者髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的效率分別為48%和70%。圖1-2柔性電動(dòng)外骨骼機(jī)器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]圖1-3柔性多關(guān)節(jié)助力外骨骼機(jī)器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大學(xué)柔性康復(fù)外骨骼[41]。該裝置為一套中風(fēng)康復(fù)柔性外骨骼機(jī)器人，通過輔助踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)中風(fēng)病人術(shù)后的步態(tài)（圖1-4）。中風(fēng)病人不自然步態(tài)分為兩種，踝關(guān)節(jié)背伸受損會(huì)降低腳向前推進(jìn)的距離，破壞步態(tài)的對(duì)稱性；踝關(guān)節(jié)跖屈受損會(huì)減少腳的離地間隔，破壞步態(tài)的協(xié)調(diào)性。該裝置針對(duì)病人對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，整體重量?jī)H4.09kg，輕便且穿脫方便。該論文基于IMU設(shè)計(jì)了一種步態(tài)識(shí)別算法，細(xì)化了步態(tài)周期中特征點(diǎn)的劃分，提高步態(tài)識(shí)別的精度。經(jīng)過對(duì)三名中風(fēng)術(shù)后患者的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明柔性康復(fù)外骨骼機(jī)器人能夠改善中風(fēng)病人術(shù)后的步態(tài)，降低了步態(tài)的不對(duì)稱性和提高腳蹬地的力矩。哈佛大學(xué)參數(shù)自優(yōu)化柔性外骨骼機(jī)器人[42]。該裝置采用了人在回路的思路，把穿戴者測(cè)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(yīng)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(duì)兩個(gè)控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，分別是力軌跡峰值的大小和力軌跡達(dá)到峰值的時(shí)間。經(jīng)過對(duì)8名實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)，得到人在回路


本文編號(hào)：3324663