可穿戴外骨骼應(yīng)用廣泛,不管是在軍事上還是在日常生活中,均可發(fā)揮重要作用。特別是我國老年人口逐年增多,老年人的身體機能不足;同時,有很大一部分因各種原因失去正常機能的人,不能完全適應(yīng)日常的生活�？纱┐魍夤趋滥軌驇椭麄儗崿F(xiàn)正常的生活。但現(xiàn)在的外骨骼重量大、價格高、維護困難,極大的阻礙了其的推廣應(yīng)用。動力關(guān)節(jié)作為外骨骼的重要部分,為外骨骼提供驅(qū)動力,至關(guān)重要�，F(xiàn)在沒有統(tǒng)一和通用的模塊。因此本文設(shè)計一個通用、成本低、維護簡單的動力關(guān)節(jié)對外骨骼的發(fā)展和使用具有重要的意義。首先對國內(nèi)外可穿戴外骨骼動力關(guān)節(jié)驅(qū)動方式進行分析,對電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動三種驅(qū)動系統(tǒng)的易用性、重量、效率、輸出能力、成本、可靠性和可控性等方面定性分析并選取電機和齒輪減速箱作為動力關(guān)節(jié)的驅(qū)動。接著根據(jù)減速箱輸入輸出參數(shù)和齒輪安全系數(shù)對關(guān)節(jié)進行齒輪材料的選取。根據(jù)動力關(guān)節(jié)傳動要求和特點,對關(guān)節(jié)輸出末級傳動采用行星方式,相比傳統(tǒng)方式提高了傳動效率、減小了整體體積。并利用MATLAB軟件對齒輪傳動以傳動比、齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒寬等為約束,以轉(zhuǎn)動慣量和重量為目標(biāo)進行優(yōu)化,為以后的應(yīng)用和控制提供最佳的機械特性。同時對優(yōu)化后的齒輪進行在模擬嚙合情況下有限元分析,校核齒輪的強度和剛度。利用分析得到的應(yīng)力云圖和位移云圖,對齒輪內(nèi)部應(yīng)力和位移較小的部分進行移除,以減小整體的慣量和質(zhì)量,達(dá)到進一步優(yōu)化的目的。最后對動力關(guān)節(jié)箱體進行幾何造型設(shè)計,并分別對行星架和輸出搖臂的各種受力情況進行有限元分析,得到應(yīng)力和位移云圖,并通過設(shè)計洞察功能來檢查箱體的整體受力情況以保證在各種情況下箱體的安全性能。根據(jù)對齒輪傳動和箱體的設(shè)計制作了試樣進行實驗,實驗結(jié)果表明,外骨骼的關(guān)鍵零部件動力關(guān)節(jié)的機械設(shè)計能夠滿足強度和剛度的要求。
【學(xué)位單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：R318.17
【部分圖文】：

圖 1.1 Hardiman 外骨骼 圖 1.2 Hardiman 手臂Fig. 1.1 Hardiman Exoskeleton Fig. 1.2 Hardiman’ARM2000 年，美國國防部高級研究計劃局為了幫助戰(zhàn)士、消防員和救災(zāi)人員提供 5000萬美元，加州伯克利大學(xué)接受并研制了伯克利下肢外骨骼系統(tǒng)（BLEEX）如圖 1.3 所示。系統(tǒng)仍然采用液壓驅(qū)動[5]。穿上伯克利外骨骼能夠輕松背起 90Kg 的負(fù)重，靈活的行走。

圖 1.1 Hardiman 外骨骼 圖 1.2 Hardiman 手臂Fig. 1.1 Hardiman Exoskeleton Fig. 1.2 Hardiman’ARM2000 年，美國國防部高級研究計劃局為了幫助戰(zhàn)士、消防員和救災(zāi)人員提供 5000萬美元，加州伯克利大學(xué)接受并研制了伯克利下肢外骨骼系統(tǒng)（BLEEX）如圖 1.3 所示。系統(tǒng)仍然采用液壓驅(qū)動[5]。穿上伯克利外骨骼能夠輕松背起 90Kg 的負(fù)重，靈活的行走。

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1 趙恒;可穿戴上肢外骨骼關(guān)鍵零部件設(shè)計及優(yōu)化[D];西華大學(xué);2016年

本文編號：2856032