發(fā)布時間：2017-04-19 19:13

  本文關鍵詞：大變形柔順仿生足的剛度特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 下肢假肢的仿生構(gòu)形設計一直是擬人機器人與康復假肢研究的重要課題,而仿生足的研究與開發(fā),近年來成為假體工程學研究領域的一個熱點。本文通過測量、分析健康人體足部結(jié)構(gòu)構(gòu)形與步態(tài)特征,對典型的柔順儲能J/S型機構(gòu)進行數(shù)學建模,并建立其偽剛體模型,進一步對其剛度特性進行分析和討論,提出了大變形柔順機構(gòu)的靜力學分析方法。 首先,結(jié)合解剖學、人體運動生物力學、假體工程學、測量學等相關知識,分析了足關節(jié)的構(gòu)造及各部分(骨骼,肌肉,韌帶)的運動功能,通過人體下肢的步態(tài)研究,探討足部關節(jié)減振、抗沖擊、儲能和正常站立、行走時自穩(wěn)定等方面的結(jié)構(gòu)特征,得出人體步行時足關節(jié)的相關數(shù)據(jù),為柔順仿生足的深入研究提供了基礎依據(jù)。 其次,基于MATLAB軟件,對典型的柔順儲能J/S型機構(gòu)進行數(shù)學建模,提出了基于曲率和剛度的柔順機構(gòu)片段的劃分及優(yōu)化方法,并基于偽剛體模型理論,建立了J/S型仿生足機構(gòu)的偽剛體模型,對懸臂梁模型參數(shù)的選取做了進一步的研究。 在已建立的偽剛體模型基礎上,運用影響系數(shù)法和虛功原理,推導出此機構(gòu)的剛度矩陣,利用奇異值和瑞利商得出機構(gòu)的剛度判定指標,對J/S型仿生足機構(gòu)的剛度特性進行分析研究。 最后,基于SolidWorks軟件對J/S型機構(gòu)進行實體建模和靜力變形分析,并與基于偽剛體模型法計算的變形結(jié)果進行對比分析,尤其通過大變形的分析,驗證了此偽剛體模型的準確性。
【關鍵詞】：大變形 柔順機構(gòu) 仿生足 偽剛體模型 運動影響系數(shù) 彈性儲能 靜力學
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP242;R314
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 概述11-12
• 1.2 仿生足的研究進展12-19
• 1.2.1 木膠腳12-13
• 1.2.2 聚胺酯假腳13
• 1.2.3 儲能假腳13-19
• 1.2.4 智能假腳19
• 1.3 課題的來源19-20
• 1.4 課題研究的意義20
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 足關節(jié)構(gòu)成及其運動生物力學的研究22-37
• 2.1 概述22
• 2.2 人體足部的構(gòu)成及特性22-27
• 2.2.1 足部肌肉、韌帶、骨骼的組成22-25
• 2.2.2 踝關節(jié)的組成25-26
• 2.2.3 足部的其它關節(jié)26-27
• 2.3 足部的生物力學特征27-29
• 2.3.1 足部的運動特征27
• 2.3.2 足部的生物力學特征27-29
• 2.4 步態(tài)的生物力學參數(shù)29-34
• 2.4.1 步行的時間參數(shù)29-30
• 2.4.2 步行的空間參數(shù)30-31
• 2.4.3 步行的時-空參數(shù)31-34
• 2.5 步行的運動學及動力學特征34-36
• 2.5.1 步行的運動學特征34
• 2.5.2 步行的力學特征34-36
• 2.6 仿生足的結(jié)構(gòu)特征36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 第3章 全柔順J/S 型仿生足的數(shù)學分析37-56
• 3.1 概述37
• 3.2 大變形柔順機構(gòu)的概念37-42
• 3.2.1 柔順機構(gòu)及其分類37-38
• 3.2.2 大變形柔順機構(gòu)38-40
• 3.2.3 大變形柔性鉸鏈40-42
• 3.3 柔順J 型仿生足的數(shù)學描述42-44
• 3.3.1 J 型機構(gòu)形狀曲線表達式42-44
• 3.3.2 J 型機構(gòu)剛度曲線44
• 3.4 J 型柔順機構(gòu)柔順段的劃分方法44-52
• 3.4.1 基于各基本段的J 型機構(gòu)段數(shù)的確定44-45
• 3.4.2 基于各基本段的J 型機構(gòu)柔順段的劃分45-48
• 3.4.3 基于整體式的J 型機構(gòu)柔順段的劃分48-50
• 3.4.4 考慮剛度變化時段長的優(yōu)化50-52
• 3.5 S 型機構(gòu)算例分析52-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第4章 J/S 型仿生足偽剛體模型的建立56-67
• 4.1 概述56
• 4.2 偽剛體模型的概念56-57
• 4.3 J/S 型機構(gòu)偽剛體模型的建立57-66
• 4.3.1 J/S 型機構(gòu)柔順段模型參數(shù)的選取58-64
• 4.3.2 J/S 型機構(gòu)的偽剛體模型64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第5章 J/S 型仿生足的剛度特性和靜力分析67-86
• 5.1 概述67
• 5.2 運動影響系數(shù)的概念67-69
• 5.3 基于影響系數(shù)法的剛度矩陣推導69-72
• 5.3.1 偽剛體模型機構(gòu)的一二階影響系數(shù)69-71
• 5.3.2 剛度矩陣的推導71-72
• 5.4 J/S 型機構(gòu)剛度特性的研究72-78
• 5.4.1 相關概念72-74
• 5.4.2 步行過程的靜剛度特性74-76
• 5.4.3 J/S 型機構(gòu)方向剛度特性的研究76-78
• 5.5 J 型機構(gòu)靜力分析78-83
• 5.5.1 SolidWorks 非線性分析簡介78-79
• 5.5.2 J 型機構(gòu)的有限元模型79
• 5.5.3 J 型機構(gòu)偽剛體模型的變形計算79-80
• 5.5.4 誤差分析80-83
• 5.6 S 型機構(gòu)靜力分析83-85
• 5.6.1 S 型機構(gòu)的有限元模型83
• 5.6.2 S 型機構(gòu)偽剛體模型的變形計算83-84
• 5.6.3 誤差分析84-85
• 5.7 本章小結(jié)85-86
• 結(jié)論86-87
• 附錄 1 基于偽剛體模型法的 J 型機構(gòu)變形數(shù)據(jù)87-89
• 附錄 2 基于偽剛體模型法的 S 型機構(gòu)變形數(shù)據(jù)89-90
• 參考文獻90-96
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果96-97
• 致謝97-98
• 作者簡介98

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