人類的雙手對日常生活十分重要,既可以感知環(huán)境,又可以改變環(huán)境。而手腕起到調(diào)整雙手位置和姿態(tài)的作用,對雙手的運(yùn)動空間和靈巧性起到重要作用。為了配合假手的發(fā)展與殘肢患者對靈巧假肢的需求,本文結(jié)合國家973項(xiàng)目課題“操作感知一體化靈巧假肢設(shè)計(jì)制造與性能評估”(項(xiàng)目編號:2011CB013306)對基于運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)方法的假手腕部機(jī)構(gòu)展開了研究。首先,從人手腕部生理學(xué)層面進(jìn)行研究,確定手腕的主動運(yùn)動度和日常生活運(yùn)動度,并提出腕部動作分類樹。為了指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)工作,對假手腕部運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)性能及其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究,提出了假手腕部功能對日常活動的復(fù)現(xiàn)率和基于HIT-IV假手的運(yùn)動空間重合度量化。復(fù)現(xiàn)率用于評價不同腕部運(yùn)動模式對日常活動的復(fù)現(xiàn)能力,有助于腕部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中對腕部功能進(jìn)行綜合考量。運(yùn)動空間重合度量化在一定程度上能夠反映假手和腕部機(jī)構(gòu)的擬人性,用于指導(dǎo)腕部機(jī)構(gòu)運(yùn)動范圍的設(shè)計(jì)。其次,基于以上提出的運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)方法,詳細(xì)設(shè)計(jì)了包含腕手間快換接口、鎖止機(jī)構(gòu)等在內(nèi)的腕部機(jī)構(gòu)。提出假手腕部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)指標(biāo),根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)詳細(xì)設(shè)計(jì)了腕部機(jī)構(gòu),提出2.5自由度配置,即旋轉(zhuǎn)和屈伸設(shè)計(jì)為主動自由度,偏移設(shè)計(jì)為被動自由度;設(shè)計(jì)腕手間快換接口,其具備穩(wěn)定的機(jī)械性能和電氣連接,可以實(shí)現(xiàn)快速裝拆假手;設(shè)計(jì)鎖止機(jī)構(gòu),整體尺寸小,能夠?qū)崿F(xiàn)腕部屈伸和旋轉(zhuǎn)反向鎖死,且可以承受較大被動力矩。最后,搭建了基于HIT-IV假手的腕手系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,并開展對腕部機(jī)構(gòu)機(jī)械性能、運(yùn)動性能、實(shí)用性等方面的實(shí)驗(yàn)。分別驗(yàn)證了腕部機(jī)構(gòu)的鎖止性能、極限運(yùn)動角度和回程誤差;基于所提出的腕部動作分類樹,對其完成旋轉(zhuǎn)和屈伸獨(dú)立或復(fù)合動作的運(yùn)動性能進(jìn)行了驗(yàn)證;對HIT-IV抓取小物體和大物體的抓取能力進(jìn)行了帶腕與否的對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本課題所設(shè)計(jì)的假手腕部機(jī)構(gòu)方案可行,技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,能較大程度復(fù)現(xiàn)仿人的運(yùn)動功能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH77
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 假手腕部研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外假手腕部研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)假手腕部研究現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡析
    1.4 課題主要研究內(nèi)容
第2章 腕部機(jī)構(gòu)運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)性研究
    2.1 引言
    2.2 人手腕部生理學(xué)研究與腕部動作分類
        2.2.1 人手腕部運(yùn)動度分析
        2.2.2 腕部運(yùn)動補(bǔ)償
        2.2.3 腕部動作分類樹
    2.3 假手腕部運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)性分析
        2.3.1 假手腕部運(yùn)動功能復(fù)現(xiàn)率
        2.3.2 基于HIT-IV假手的運(yùn)動空間重合度量化
    2.4 本章小結(jié)
第3章 假手腕部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 假手腕部機(jī)構(gòu)的總體描述
        3.2.1 假手腕部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思想
        3.2.2 假手腕部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)
    3.3 假手腕部機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)
        3.3.1 主動自由度方案設(shè)計(jì)
        3.3.2 被動自由度方案設(shè)計(jì)
    3.4 假手腕部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.4.1 腕手間快換接口設(shè)計(jì)與分析
        3.4.2 鎖止機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
        3.4.3 關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于HIT-IV假手的腕部機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.1 引言
    4.2 基于HIT-IV假手的腕手系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺
    4.3 腕部機(jī)構(gòu)機(jī)械性能與設(shè)計(jì)指標(biāo)驗(yàn)證
        4.3.1 鎖止性能驗(yàn)證
        4.3.2 極限運(yùn)動角度實(shí)驗(yàn)
        4.3.3 機(jī)構(gòu)回程誤差實(shí)驗(yàn)
    4.4 基于腕部動作分類樹的運(yùn)動功能實(shí)驗(yàn)
        4.4.1 旋轉(zhuǎn)動作實(shí)驗(yàn)
        4.4.2 屈伸動作實(shí)驗(yàn)
        4.4.3 旋轉(zhuǎn)和屈伸復(fù)合動作實(shí)驗(yàn)
    4.5 腕手系統(tǒng)實(shí)物抓取能力對比實(shí)驗(yàn)
        4.5.1 小物體抓取能力對比實(shí)驗(yàn)
        4.5.2 大物體抓取能力對比實(shí)驗(yàn)
    4.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果
致謝

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本文編號：2857772