據(jù)調(diào)查顯示,我國的老齡化速度已高居全球首位,2016年我國60歲以上老年人口數(shù)約為2.12億,約占人口總數(shù)15.6%,而在2010年的第六次全國人口普查數(shù)據(jù)中,60歲以上老年人口僅為10.33%。隨著老齡化問題的日益嚴(yán)重,生理功能衰退、運動功能障礙等問題接踵而至,使得老年人生活質(zhì)量急劇下降,導(dǎo)致家庭和社會的負(fù)擔(dān)越來越重,而隨著時代的發(fā)展,經(jīng)濟(jì)水平的不斷進(jìn)步,生活水平的不斷提高,人們對于自身的健康問題越來越重視,對于生活質(zhì)量的要求越來越高。拐杖、手杖等手動器械已無法滿足老年人的需求,可穿戴式外骨骼的發(fā)展使得這一問題有了解決的希望,并且可穿戴式外骨骼在民用和軍用領(lǐng)域中也有著廣闊的應(yīng)用前景。本文根據(jù)上述相關(guān)研究背景,針對可穿戴式外骨骼的發(fā)展趨勢,設(shè)計了一種基于套索驅(qū)動的上肢軟質(zhì)外骨骼機(jī)器人,并提出了基于人體運動意圖識別的助力控制策略,論文的主要內(nèi)容如下:基于人體上肢解剖學(xué)研究理論,針對上肢軟質(zhì)外骨骼系統(tǒng)的舒適性、安全性、輕便性提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。詳細(xì)介紹了上肢軟質(zhì)外骨骼服結(jié)構(gòu),包括上肢軟質(zhì)外骨骼驅(qū)動裝置和套索傳動系統(tǒng)。接著介紹了上肢軟質(zhì)外骨骼系統(tǒng),包括傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及基于... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國內(nèi)外典型外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)

(a) WEAR 外骨骼 (b) XOS2 外骨骼 (c) HERCULE 外骨骼圖 1.2 國內(nèi)外典型外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)在國內(nèi)，可穿戴式外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)研究起步相對較晚，但近年來也取得了諸多研究成哈爾濱工業(yè)大學(xué)杜志江教授學(xué)科組研制了五自由度上肢康復(fù)外骨骼，可以實現(xiàn)基于 Kinect 視捕捉的健肢-患肢雙側(cè)協(xié)調(diào)鏡像訓(xùn)練[44]。上海交通大學(xué)殷躍紅教授學(xué)科組提出了基于表面肌信號（sEMG）與人機(jī)交互力多源信號融合的下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng)[45]。華東理工大學(xué)曹恒教學(xué)科組研制了基于直驅(qū)式液壓柔順執(zhí)行器與彈簧阻尼元件的負(fù)重型下肢動力外骨ELEBOT[46]。此外，浙江大學(xué)[47]、中國科學(xué)院自動化研究所[11]、北京航空航天大學(xué)[4]、華中技大學(xué)[48]、東南大學(xué)[49]等單位在外骨骼領(lǐng)域都進(jìn)行了卓有成效的研究。然而，現(xiàn)有的外骨骼系統(tǒng)多由剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)相對笨重、龐大，能耗高，尤其系統(tǒng)故障等突發(fā)情況下，自重過大的缺陷會對穿戴者的安全構(gòu)成威脅。剛性外骨骼與人體穿戴連接后構(gòu)成了空間多環(huán)封閉運動鏈，為了保證人機(jī)交互過程的協(xié)性與安全性，人機(jī)間對應(yīng)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)中心應(yīng)保持重合。關(guān)節(jié)偏差會導(dǎo)致牽扯現(xiàn)象，限制外骨的有效工作空間，甚至造成肢體損傷。然而，人體關(guān)節(jié)多為復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（如肩、肘關(guān)節(jié)）

(a) ARMIN-II 外骨骼 (b) X-ARM 外骨骼 (c) NEUROExos 外骨骼圖 1.3 剛性外骨骼借助輔助機(jī)構(gòu)來保證人機(jī)運動協(xié)調(diào)針對前述剛性外骨骼存在的諸多缺陷，美國哈佛大學(xué) Wyss 研究中心于近幾年提出了軟外骨骼的概念，利用人體的骨骼和關(guān)節(jié)來替代傳統(tǒng)外骨骼剛性構(gòu)件的作用，并結(jié)合柔性驅(qū)動置實現(xiàn)關(guān)節(jié)驅(qū)動，其具有柔順、舒適、輕便、協(xié)調(diào)性好等特點。圖 1.4(a)為 Wyss 研究中心制的基于 Festo 氣動肌肉驅(qū)動的踝關(guān)節(jié)外骨骼。氣動肌肉可以提供柔順驅(qū)動力，但其缺點在伸長量有限，本征非線性強(qiáng)，難以實現(xiàn)精密的位置和力控制[54]。形狀記憶合金材料也被嘗試于設(shè)計膝關(guān)節(jié)軟質(zhì)外骨骼，其結(jié)構(gòu)非常輕巧靈活，但驅(qū)動能力以及響應(yīng)速度有限[55]。圖 1.4(為采用電機(jī)-柔帶驅(qū)動的髖關(guān)節(jié)外骨骼，但該系統(tǒng)僅能夠?qū)崿F(xiàn)單方向的助力效果[56]。美國 S公司推出了基于柔繩驅(qū)動的軟質(zhì)外骨骼服 SUPERflex[57]，并結(jié)合可控彈簧儲能元件實現(xiàn)下肢能行走與康復(fù)訓(xùn)練，如圖 1.4(c)。目前國內(nèi)仍缺乏對軟質(zhì)外骨骼的深入研究。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[3]負(fù)重型下肢動力外骨骼機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化與仿真研究[D]. 方明周.華東理工大學(xué) 2015
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[5]人體下肢康復(fù)機(jī)器人智能感知系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]. 吳燕杰.電子科技大學(xué) 2013
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本文編號：3319431