氣動助力機械腿機構設計及實驗研究
發(fā)布時間：2021-11-12 18:33
隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高,下肢障礙人群在康復訓練過程中,對所使用的下肢助力裝置的安全性、舒適性、柔順性等方面的要求也越來越高。下肢助力康復訓練裝置作為一種具有輔助助力和醫(yī)療康復功能的機構,已經成為國際機器人領域的一個研究熱點,其研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。本課題所設計的氣動助力機械腿,主要是針對下肢具有一定程度損傷或下肢乏力的人群而設計制作的,通過對人體髖關節(jié)、膝關節(jié)步態(tài)活動的鍛煉,幫助大腿小腿屈伸肌肉力量的提高,從而達到康復人體下肢的目的。本文首先對人體步態(tài)特征及下肢助力康復訓練進行了分析,在此基礎上,提出了氣動助力機械腿機構設計的工作方式,并通過進行運動學、動力學分析,建立了機構理論模型。以MATLAB/SIMULINK軟件對人體下肢足端的不同步態(tài)的運動軌跡的模擬,來進行機構運動仿真研究。根據(jù)氣動肌肉的結構特征和工作原理,進行了氣動肌肉的結構設計與研制,并對其進行了基本特性的實驗研究,利用實驗數(shù)據(jù)進行了氣動肌肉簡化模型的推導計算。對氣動助力機械腿機構進行機構設計,對機構重要部件尺寸關節(jié)半徑進行了詳細的理論分析和推導計算。研制了氣動助力機械腿樣機,進行了開環(huán)實驗研究,實驗結...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
BLEEX下肢外骨骼它由背包式外架、金屬腿及相應的液壓驅動設備組成，機械系統(tǒng)采用了與類人形結構相似的設計，背包式外架能夠使操縱者攜帶一定載荷，其有效
日本愛知世界博覽會的機器人展示會上，日本筑波大學 (Tsukubauniversity)研究生櫻井建，穿上動力套裝隊L一5(組合輔助腿，如圖1.2所示)以后，輕易地把一名成年女子抱起來。由三階義之教授研發(fā)的動力套裝HAL一5后背裝有控制機構，其中包括附在鞋底上、用來保持平衡的地面感應器，這種動力套裝可以幫助四肢無力的殘疾人和老年人l‘3一‘5]。櫻瓤巍籍盜贏象圖1.2機器人組合輔助腿HAL一5該機械外骨骼綁縛在人腿的兩側，利用貼在腿部皮膚上的EMG傳感器檢測肌肉的電流，控制電動馬達驅動機械外骨骼運動以輔助腿部的動作。背上的個人電腦控制系統(tǒng)和安裝在雙腿上的電機及減速機等機械結構和骨架結構總重約17kg，而計劃開發(fā)的HAL一6號機將做進一步改進，如采用小型輕量DC電機、將關節(jié)位置的機械結構的減速機改用塑料齒輪等
力氣來搬運病人，日本神奈川工科大學的Yamamoto教授在他1991年研制出的氣動助力上肢的基礎上增加了腰部和腿部裝置，開發(fā)了一套獨立式的可穿著的助力外套 (wearbalcPowe;Assistsuit)[‘6一‘7]，如圖1.3所示。圖1.3身穿 wearbalepowerASSIStsuit[‘6一‘7J的護士該外套選用了微型氣泵、便攜式鎳錫電池和嵌入式微處理器使系統(tǒng)的動力提供和控制系統(tǒng)極其小型化。整個裝置的金屬結構由硬鋁合金加工而成，重約30公斤。肘部、腰部和膝部的關節(jié)驅動采用新式的可直接驅動的旋轉位移式氣動肌肉，肌肉力量信號的采集采用布置于上臂、大腿和腰部的肌肉硬度傳感器測得。微處理器在收到傳感器的輸出信號之后，計算出保持某個姿勢的所需的關節(jié)力矩，然后輸出控制信號給PWM驅動電路，以驅動旋轉氣缸的動作[ls]。為了方便體弱和行走不便的老人，擴大他們的運動范圍和活動能力，韓國西江大學研制了智能助行機器人 (IntelligentwalkingAssistiveRobot)，如圖1.4所示。韓國西江大學的智能助行機器人結構上的顯著特點是整個裝置由兩個部分組成
【參考文獻】：
期刊論文
[1]下肢康復機械手的創(chuàng)新設計[J]. 黃堃. 無錫商業(yè)職業(yè)技術學院學報. 2007(03)
[2]氣動技術在康復領域中的應用[J]. 隋立明,張立勛. 液壓氣動與密封. 2006(04)
[3]下肢康復助行機構本體設計及運動學分析[J]. 薛淵,呂廣明. 機械設計與制造. 2006(05)
[4]下肢康復助行機構及其液壓系統(tǒng)設計[J]. 薛淵,呂廣明,孫立寧. 液壓與氣動. 2006(01)
[5]康復機器人研究進展[J]. 張付祥,付宜利,王樹國. 河北工業(yè)科技. 2005(02)
[6]康復機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術分析[J]. 呂廣明,孫立寧,彭龍剛. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2004(09)
[7]中風后遺癥治療體會[J]. 劉向哲. 中國醫(yī)藥學報. 2004(03)
[8]下肢康復訓練機器人[J]. 夏昊昕,張立勛,王嵐. 應用科技. 2004(02)
[9]氣動肌肉在康復工程中的應用[J]. 隋立明,包鋼,王祖溫. 中國臨床康復. 2004(02)
[10]正常步態(tài)和偏癱步態(tài)的特點及對比[J]. 楊雅琴,張通. 中國康復理論與實踐. 2003(10)
本文編號：3491449
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
BLEEX下肢外骨骼它由背包式外架、金屬腿及相應的液壓驅動設備組成，機械系統(tǒng)采用了與類人形結構相似的設計，背包式外架能夠使操縱者攜帶一定載荷，其有效
日本愛知世界博覽會的機器人展示會上，日本筑波大學 (Tsukubauniversity)研究生櫻井建，穿上動力套裝隊L一5(組合輔助腿，如圖1.2所示)以后，輕易地把一名成年女子抱起來。由三階義之教授研發(fā)的動力套裝HAL一5后背裝有控制機構，其中包括附在鞋底上、用來保持平衡的地面感應器，這種動力套裝可以幫助四肢無力的殘疾人和老年人l‘3一‘5]。櫻瓤巍籍盜贏象圖1.2機器人組合輔助腿HAL一5該機械外骨骼綁縛在人腿的兩側，利用貼在腿部皮膚上的EMG傳感器檢測肌肉的電流，控制電動馬達驅動機械外骨骼運動以輔助腿部的動作。背上的個人電腦控制系統(tǒng)和安裝在雙腿上的電機及減速機等機械結構和骨架結構總重約17kg，而計劃開發(fā)的HAL一6號機將做進一步改進，如采用小型輕量DC電機、將關節(jié)位置的機械結構的減速機改用塑料齒輪等
力氣來搬運病人，日本神奈川工科大學的Yamamoto教授在他1991年研制出的氣動助力上肢的基礎上增加了腰部和腿部裝置，開發(fā)了一套獨立式的可穿著的助力外套 (wearbalcPowe;Assistsuit)[‘6一‘7]，如圖1.3所示。圖1.3身穿 wearbalepowerASSIStsuit[‘6一‘7J的護士該外套選用了微型氣泵、便攜式鎳錫電池和嵌入式微處理器使系統(tǒng)的動力提供和控制系統(tǒng)極其小型化。整個裝置的金屬結構由硬鋁合金加工而成，重約30公斤。肘部、腰部和膝部的關節(jié)驅動采用新式的可直接驅動的旋轉位移式氣動肌肉，肌肉力量信號的采集采用布置于上臂、大腿和腰部的肌肉硬度傳感器測得。微處理器在收到傳感器的輸出信號之后，計算出保持某個姿勢的所需的關節(jié)力矩，然后輸出控制信號給PWM驅動電路，以驅動旋轉氣缸的動作[ls]。為了方便體弱和行走不便的老人，擴大他們的運動范圍和活動能力，韓國西江大學研制了智能助行機器人 (IntelligentwalkingAssistiveRobot)，如圖1.4所示。韓國西江大學的智能助行機器人結構上的顯著特點是整個裝置由兩個部分組成
【參考文獻】：
期刊論文
[1]下肢康復機械手的創(chuàng)新設計[J]. 黃堃. 無錫商業(yè)職業(yè)技術學院學報. 2007(03)
[2]氣動技術在康復領域中的應用[J]. 隋立明,張立勛. 液壓氣動與密封. 2006(04)
[3]下肢康復助行機構本體設計及運動學分析[J]. 薛淵,呂廣明. 機械設計與制造. 2006(05)
[4]下肢康復助行機構及其液壓系統(tǒng)設計[J]. 薛淵,呂廣明,孫立寧. 液壓與氣動. 2006(01)
[5]康復機器人研究進展[J]. 張付祥,付宜利,王樹國. 河北工業(yè)科技. 2005(02)
[6]康復機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術分析[J]. 呂廣明,孫立寧,彭龍剛. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2004(09)
[7]中風后遺癥治療體會[J]. 劉向哲. 中國醫(yī)藥學報. 2004(03)
[8]下肢康復訓練機器人[J]. 夏昊昕,張立勛,王嵐. 應用科技. 2004(02)
[9]氣動肌肉在康復工程中的應用[J]. 隋立明,包鋼,王祖溫. 中國臨床康復. 2004(02)
[10]正常步態(tài)和偏癱步態(tài)的特點及對比[J]. 楊雅琴,張通. 中國康復理論與實踐. 2003(10)
本文編號：3491449
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