當(dāng)代社會,越來越多的人有下腰痛的困擾。下腰痛（low back pain,LBP）是指后背的腰、骶部的疼痛或不適感,有時會伴有下肢放射痛,它嚴(yán)重影響了患者的生活和工作能力,且缺乏有效的診斷與治療手段。而腰椎外骨骼機(jī)器人作為一種模仿生物外骨骼而開發(fā)的可穿戴機(jī)電一體化裝置,能夠?yàn)榇┐髡咛峁┭恐�、腰部機(jī)能增強(qiáng)等幫助,成為理論與工程界的研究熱點(diǎn)。因此,針對腰部活動嚴(yán)重受限的下腰痛患者,本文設(shè)計(jì)并提出了一款基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型腰椎外骨骼,主要工作如下:（1）針對現(xiàn)有腰椎外骨骼輔助自由度的單一性及助力過程中對肩部大腿造成的負(fù)擔(dān),在研究人體腰部運(yùn)動機(jī)理的基礎(chǔ)上,完成了一種新型腰椎外骨骼的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先全面分析了腰椎機(jī)構(gòu)以及腰部肌群,剖析了腰部結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動特征,定義了一種腰部康復(fù)運(yùn)動軌跡。接著,基于腰椎運(yùn)動的耦合特性,采用4-SPS/S三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種新型腰椎外骨骼,定義了尺寸參數(shù),并利用螺旋理論分析了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度。最后,完成腰椎外骨骼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并在Solidworks中繪制出其機(jī)械本體。（2）針對腰椎外骨骼的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu),分別運(yùn)用歐拉坐標(biāo)變換和牛頓迭代法實(shí)現(xiàn)了其運(yùn)動學(xué)... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SatoshiKawai腰椎外骨骼結(jié)構(gòu)圖

1緒論碩士學(xué)位論文4（a）實(shí)物圖（b）簡化圖圖1.1SatoshiKawai腰椎外骨骼結(jié)構(gòu)圖2005年，RosalesI等人[13]研發(fā)了如圖1.2所示的腰椎外骨骼，該裝置是一種輔助人體腰椎彎腰運(yùn)動的外骨骼。它的主要任務(wù)是減輕穿戴者在彎腰或者舉重時腰椎的負(fù)擔(dān)。機(jī)構(gòu)中使用一對氣動人工肌肉作為執(zhí)行器，位于穿戴者背部兩側(cè)從而可以在人體彎腰過程中產(chǎn)生相應(yīng)的力矩來減輕人體腰部負(fù)擔(dān)。機(jī)構(gòu)中還利用了一些壓力傳感器、增量編碼器來獲取機(jī)構(gòu)的位置以及機(jī)構(gòu)對人體的力等信息，以便對腰椎外骨骼進(jìn)行相應(yīng)的控制。圖1.2RosalesI的腰椎外骨骼結(jié)構(gòu)2006年，SATOY.等人[14]開發(fā)了一種針對腰部與膝關(guān)節(jié)進(jìn)行助力的可穿戴外骨骼裝置，他們的裝置用一個額定電壓為24V的直流電機(jī)驅(qū)動，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。通過仿真驗(yàn)證，該助力裝置可以有效支撐腰部關(guān)節(jié)，并且在腰部前屈后伸過程中能夠有效減少約14%的身體軀干的肌肉疲勞以及40%的腰部的肌肉疲勞。但是由于24V的直流電源難以隨身攜帶，故其助力裝置在使用與推廣也存在一定的難度。圖1.3SATOY腰膝外骨骼

1緒論碩士學(xué)位論文4（a）實(shí)物圖（b）簡化圖圖1.1SatoshiKawai腰椎外骨骼結(jié)構(gòu)圖2005年，RosalesI等人[13]研發(fā)了如圖1.2所示的腰椎外骨骼，該裝置是一種輔助人體腰椎彎腰運(yùn)動的外骨骼。它的主要任務(wù)是減輕穿戴者在彎腰或者舉重時腰椎的負(fù)擔(dān)。機(jī)構(gòu)中使用一對氣動人工肌肉作為執(zhí)行器，位于穿戴者背部兩側(cè)從而可以在人體彎腰過程中產(chǎn)生相應(yīng)的力矩來減輕人體腰部負(fù)擔(dān)。機(jī)構(gòu)中還利用了一些壓力傳感器、增量編碼器來獲取機(jī)構(gòu)的位置以及機(jī)構(gòu)對人體的力等信息，以便對腰椎外骨骼進(jìn)行相應(yīng)的控制。圖1.2RosalesI的腰椎外骨骼結(jié)構(gòu)2006年，SATOY.等人[14]開發(fā)了一種針對腰部與膝關(guān)節(jié)進(jìn)行助力的可穿戴外骨骼裝置，他們的裝置用一個額定電壓為24V的直流電機(jī)驅(qū)動，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。通過仿真驗(yàn)證，該助力裝置可以有效支撐腰部關(guān)節(jié)，并且在腰部前屈后伸過程中能夠有效減少約14%的身體軀干的肌肉疲勞以及40%的腰部的肌肉疲勞。但是由于24V的直流電源難以隨身攜帶，故其助力裝置在使用與推廣也存在一定的難度。圖1.3SATOY腰膝外骨骼

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 王學(xué)雷,趙棟杰,張賓,李偉.  東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(04)
[2]可穿戴式負(fù)重外骨骼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)分析[J]. 康靜,賈永皓,袁玉榮,趙信義,馬蕓慧,邱林,莊照波,楊穎鵬,葛立,唐微.  科技展望. 2017(18)
[3]康復(fù)機(jī)器人發(fā)展綜述[J]. 肖勇,孫平范,陳罡.  信息系統(tǒng)工程. 2017(05)
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[6]慢性下腰痛臨床病因?qū)W研究[J]. 李亨,鄭軍.  亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥. 2016(20)
[7]帶有死區(qū)和摩擦補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械臂伺服系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J]. 陳強(qiáng),余夢夢,魏倩.  新型工業(yè)化. 2016(08)
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[9]誘發(fā)下腰痛相關(guān)因素的研究進(jìn)展[J]. 徐宏娟.  中國生化藥物雜志. 2016(01)
[10]并聯(lián)式下肢康復(fù)外骨骼運(yùn)動學(xué)及工作空間分析[J]. 陳偉海,徐穎俊,王建華,張建斌.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(13)

碩士論文
[1]基于3-RRS球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)腳踝康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[D]. 李大海.中北大學(xué) 2016
[2]基于人機(jī)工程學(xué)的扭腰康復(fù)訓(xùn)練機(jī)設(shè)計(jì)[D]. 李先花.太原理工大學(xué) 2010
[3]踝關(guān)節(jié)融合康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動控制[D]. 李丹.燕山大學(xué) 2008
[4]含摩擦環(huán)節(jié)伺服系統(tǒng)的補(bǔ)償控制[D]. 張丹.西安電子科技大學(xué) 2008
[5]機(jī)械制造業(yè)工人下背痛流行狀況及影響因素探討[D]. 周鼎倫.四川大學(xué) 2004



本文編號：3209022