本文關(guān)鍵詞：基于球面并聯(lián)機構(gòu)的ALS頸椎外骨骼理論分析與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： ALS頸椎外骨骼 球面并聯(lián)機構(gòu) 位置分析 性能分析 工作空間

【摘要】：本文旨在設(shè)計一種ALS(amyotrophic lateral sclerosis,肌萎縮側(cè)索硬化癥)頸椎外骨骼,該機構(gòu)的原型屬于球面并聯(lián)機構(gòu)的一種,對其進行理論研究與優(yōu)化設(shè)計。首先通過分析ALS治療方式和頸托的研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)ALS的治療方式偏向于多種治療策略聯(lián)合,而且目前尚無為ALS患者專門設(shè)計的頸椎外骨骼。因此研制一種可以實現(xiàn)ALS患者頭部3個自由度旋轉(zhuǎn)的頸椎外骨骼,不僅可以填補目前頸椎外骨骼技術(shù)空白,還為ALS患者提供新的聯(lián)合治療策略,具有重大意義。本文以ALS頸椎外骨骼為研究對象,綜合分析球面并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型,針對實現(xiàn)ALS患者頸部運動的功能目標,提出了ALS頸椎外骨骼的優(yōu)選準則,最終確定了以3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu)作為ALS頸椎外骨骼的機構(gòu)原型。建立頸椎外骨骼機構(gòu)原型坐標系,并確定了四個主要設(shè)計參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,運用球面解析理論對頸椎外骨骼進行位置分析,并通過繪制輸入和輸出之間的關(guān)系曲線來驗證位置分析的正確性。在位置分析的基礎(chǔ)上,建立ALS頸椎外骨骼的速度輸入、輸出方程,從而得到速度雅可比矩陣。因為頸椎外骨骼機構(gòu)的特殊性,可由虛功原理直接得到驅(qū)動力矩和運動平臺所受的外力矩的關(guān)系方程,從而得到該機構(gòu)的力雅可比矩陣。在Gosselin提出的全域性能指標作為評價標準的基礎(chǔ)上,提出了四種評價性能指標作為判斷ALS頸椎外骨骼性能優(yōu)劣的標準,分析了頸椎外骨骼在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的性能圖譜。除此之外,還通過分析約束條件,采用邊界搜索的方法,對頸椎外骨骼的在不同設(shè)計參數(shù)下截面工作空間進行了分析研究。以ALS頸椎外骨骼各性能指標、工作空間以及滿足ALS患者頸部運動需要為依據(jù),選取合理的機構(gòu)設(shè)計參數(shù)值,設(shè)計出滿足ALS患者需求的頸椎外骨骼。在ADAMS環(huán)境下建立ALS頸椎外骨骼的結(jié)構(gòu)模型,根據(jù)實際需要,完成該機構(gòu)的具體參數(shù)設(shè)計。建立控制系統(tǒng)模型,并通過Simulink和ADAMS聯(lián)合仿真,驗證控制策略是否滿足ALS頸椎外骨骼的需求,從而進一步保證設(shè)計的ALS頸椎外骨骼輔助患者活動頭部的可行性。
【關(guān)鍵詞】：ALS頸椎外骨骼 球面并聯(lián)機構(gòu) 位置分析 性能分析 工作空間
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH112;R744.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來源及研究背景和意義9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-11
• 1.2 ALS的研究概況11-15
• 1.2.1 ALS治療的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 頸托的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 ALS研究現(xiàn)狀的簡析14-15
• 1.3 球面三自由度機構(gòu)的研究概況15-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 ALS頸椎外骨骼原型設(shè)計及位置分析19-41
• 2.1 引言19
• 2.2 頸椎運動機理19-20
• 2.3 頸椎外骨骼機構(gòu)原型20-25
• 2.3.1 球面并聯(lián)機構(gòu)選型20-21
• 2.3.2 頸椎外骨骼機械結(jié)構(gòu)原型設(shè)計21-22
• 2.3.3 頸椎外骨骼機構(gòu)原型坐標系建立22-23
• 2.3.4 頸椎外骨骼機構(gòu)原型主要結(jié)構(gòu)參數(shù)23-24
• 2.3.5 頸椎外骨骼機構(gòu)組裝條件24-25
• 2.4 頸椎外骨骼位置分析25-40
• 2.4.1 球面解析理論25-26
• 2.4.2 頸椎外骨骼位置反解分析26-31
• 2.4.3 頸椎外骨骼位置正解分析31-37
• 2.4.4 頸椎外骨骼位置分析實例37-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 頸椎外骨骼傳動性能及工作空間分析41-60
• 3.1 引言41
• 3.2 頸椎外骨骼運動學(xué)傳動性能分析41-49
• 3.2.1 速度雅可比矩陣的求解41-43
• 3.2.2 全域角速度傳遞性能指標43-46
• 3.2.3 全域角速度波動性能指標46-49
• 3.3 頸椎外骨骼力學(xué)傳動性能分析49-55
• 3.3.1 力雅可比矩陣的求解49-50
• 3.3.2 全域力矩傳遞性能指標50-53
• 3.3.3 全域力矩波動性能指標53-55
• 3.4 頸椎外骨骼工作空間分析55-59
• 3.4.1 頸椎外骨骼約束條件分析56
• 3.4.2 頸椎外骨骼工作空間的確定56-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第4章 頸椎外骨骼樣機設(shè)計及仿真60-71
• 4.1 引言60
• 4.2 頸椎外骨骼具體設(shè)計參數(shù)60-63
• 4.3 頸椎外骨骼建模與聯(lián)合仿真63-70
• 4.3.1 頸椎外骨骼ADAMS建模63-64
• 4.3.2 定義頸椎外骨骼模型輸入輸出變量64-65
• 4.3.3 頸椎外骨骼控制系統(tǒng)的建立65-66
• 4.3.4 頸椎外骨骼聯(lián)合仿真結(jié)果及分析66-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻73-78
• 致謝78

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本文編號：687374