發(fā)布時間：2017-12-15 21:19

  本文關(guān)鍵詞：下肢外骨骼機(jī)器人靜態(tài)失穩(wěn)機(jī)理及控制方法的研究

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【摘要】：隨著近年來我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快,很多地區(qū)由于各種因素未能大規(guī)模地普及和實現(xiàn)機(jī)械化,而在這些地區(qū)中尤其是對于不具備大規(guī)模機(jī)械化管理條件的經(jīng)濟(jì)作物,存在勞動效率低,勞動強(qiáng)度大,工作時間長,其田間管理與采收過程中勞動者下肢更容易疲勞等特點。因此,若能將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的田間管理與采收,研究出相應(yīng)的下肢助力外骨骼,則能大大減輕勞動強(qiáng)度,提高勞動效率,非常有效地延長工作時間,減少勞動力數(shù)量,節(jié)省人力成本,創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價值,進(jìn)而加快我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐。本文針對人體步態(tài)運(yùn)動的特點,本文設(shè)計了一個可實現(xiàn)下肢外骨骼的仿生學(xué)關(guān)節(jié)外骨骼化、穿戴方便及運(yùn)動靈活等特點的下肢外骨骼機(jī)構(gòu),為田間勞動者提供了一種新的勞作途徑。本文首先國內(nèi)外關(guān)于下肢外骨骼機(jī)器人方面的研究背景、現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向,闡述了下肢外骨骼機(jī)器人的研究意義、目的。通過對于人體下肢的生理特征、步態(tài)行走特征、驅(qū)動方式以及人體自由度、運(yùn)動學(xué)分析、單足支撐時期的動力學(xué)分析,設(shè)計一個下肢外骨骼機(jī)構(gòu),針對此機(jī)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)及足部等主要部位進(jìn)行了詳盡的設(shè)計說明,進(jìn)而對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行自由度分析。接著介紹螺旋理論及其基本定義、奇異位形等基礎(chǔ)知識,并在此基礎(chǔ)上,針對該設(shè)計機(jī)構(gòu),簡化機(jī)構(gòu)模型建立靜態(tài)平衡方程,對其進(jìn)行雅克比矩陣分析求出奇異位形,分析其瞬時運(yùn)動,并推出其失穩(wěn)條件和奇異位形的位置。然后基于對FZMP和支撐多邊形定義、工作空間定義以及優(yōu)化方法基礎(chǔ)知識的簡單介紹,確定支撐多邊形的位置,然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)邊界判定靜態(tài)位置。并將此作為恢復(fù)穩(wěn)定所采取的主動控制策略,以適應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)的要求。然后,基于以工作空間面積最大為目標(biāo)函數(shù)基于約束條件,建立其運(yùn)動空間的面積函數(shù),并將此作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。繼而利用MATLAB對工作運(yùn)動空間最大面積進(jìn)行求解,并得到其運(yùn)動的最大工作范圍。最后,通過設(shè)置兩組外骨骼運(yùn)動起始點,利用MATLAB模擬仿真了此設(shè)計機(jī)構(gòu)的作業(yè)空間,通過邊界搜索法確定工作空間邊界及面積,最后給出關(guān)節(jié)角度和各電動機(jī)長度變化值,試驗證明了失穩(wěn)判斷的方法和控制策略的可行性。為以后的下肢外骨骼控制系統(tǒng)的研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 歐陽小平;范伯騫;丁碩;;助力型下肢外骨骼機(jī)器人現(xiàn)狀及展望[J];科技導(dǎo)報;2015年23期

2 邢凱;趙新華;陳煒;侍才洪;郭月;張西正;;外骨骼機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2015年01期

3 易嘉偉;程文明;濮德璋;;攜行式外骨骼下肢運(yùn)動學(xué)分析與仿真[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2014年02期

4 惠記莊;魏芳勝;高凱;丁香;;基于ADAMS的冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)仿真研究[J];工程設(shè)計學(xué)報;2012年05期

5 張耀軍;張玉茹;;基于Grassmann線幾何的平面柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2011年19期

6 米士彬;金振林;;基于雅克比矩陣求解并聯(lián)機(jī)器人位置正解方法[J];燕山大學(xué)學(xué)報;2011年05期

7 陳娜;盧威;;雙足步行機(jī)器人的下肢機(jī)構(gòu)自由度分析[J];裝備制造技術(shù);2011年06期

8 何景峰;李保平;楊宏斌;韓俊偉;;Gough-Stewart機(jī)構(gòu)的奇異性及其ADAMS仿真驗證[J];機(jī)床與液壓;2010年05期

9 馬曉麗;馬履中;周兆忠;蒯蘇蘇;;3T-1R并聯(lián)平臺的工作空間分析與優(yōu)化設(shè)計[J];中國機(jī)械工程;2006年18期

10 馮志友;李永剛;張策;楊廷力;;并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動與動力分析研究現(xiàn)狀及展望[J];中國機(jī)械工程;2006年09期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王一鳴;外骨骼裝備舒適度評價指標(biāo)的實驗探究及設(shè)計參考[D];浙江大學(xué);2015年

2 崔謹(jǐn)想;下肢外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 張世龍;雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃及穩(wěn)定性研究[D];江南大學(xué);2014年

4 吳昌偉;下肢外骨骼動態(tài)穩(wěn)定性分析與步態(tài)跟蹤控制研究[D];中南大學(xué);2014年

5 楊歡;基于ADAMS的三臂并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)研究[D];中北大學(xué);2014年

6 鄧欣;雙足機(jī)器人步行穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

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本文編號：1293456