外骨骼是一種動力輔助裝置,在軍事和民用領域有廣泛的應用。下肢外骨骼旨在降低人體運動時的代謝消耗,肌肉出力或增加行走速度。對于傳統(tǒng)的全驅(qū)動外骨骼,雖然它允許穿戴者攜帶重物,但本身質(zhì)量和消耗能量較大。對于被動式外骨骼,通過在關節(jié)處增加彈性儲能元件進行能量周期儲存,可以提高能量利用率。但是,由于其缺少主動驅(qū)動單元,無法為爬樓梯和負重步行提供主動助力。對于傳統(tǒng)的欠驅(qū)動外骨骼,通常只有單個關節(jié)為主動驅(qū)動,以減少驅(qū)動單元的數(shù)量,這限制了外骨骼的輔助性能。鮑登線驅(qū)動的柔性外骨骼能夠減少了對穿著者運動的干涉,但提供的助力有限。為了實現(xiàn)驅(qū)動單元個數(shù)少和良好的助力性能,本文提出了一種基于繩-滑輪機構欠驅(qū)動原理的下肢外骨骼。首先,通過ADAMS和Life MOD平臺建立人體精確的生物力學模型來研究人體下肢復雜的運動,以獲取人體下肢的運動學特性�；谶@些運動信息,對欠驅(qū)動下肢外骨骼進行整體結構設計,使其與人體自由度,運動相兼容。對關鍵部件進行了有限元分析,以驗證其強度。然后分析了欠驅(qū)動機構的運動原理,推導出了鋼絲繩運動與關節(jié)運動之間的數(shù)學關系。其次,對欠驅(qū)動下肢外骨骼進行運動學和動力學分析。推導出了運動學方程...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀分析
    1.3 課題主要研究內(nèi)容
第2章 欠驅(qū)動下肢外骨骼結構設計
    2.1 引言
    2.2 人體下肢運動特性研究
        2.2.1 人體的基本面及基本軸
        2.2.2 人體生物力學模型建立
        2.2.3 人體水平行走步態(tài)仿真
    2.3 下肢外骨骼機械結構設計
        2.3.1 鋼絲繩-滑輪機構欠驅(qū)動原理分析
        2.3.2 下肢外骨骼機器人結構設計
    2.4 本章小結
第3章 下肢外骨骼運動學及動力學分析
    3.1 引言
    3.2 運動學分析
    3.3 動力學分析
        3.3.1 單足支撐相動力學模型
        3.3.2 雙足支撐(雙足貼合地面)動力學模型
        3.3.3 雙足支撐(單足貼合地面)動力學模型
    3.4 本章小結
第4章 基于時間窗口的外骨骼關節(jié)協(xié)同助力控制研究
    4.1 引言
    4.2 髖關節(jié)和膝關節(jié)協(xié)同助力時間窗口的計算方法
    4.3 基于動力學模型的關節(jié)力軌跡生成
        4.3.1 單腿支撐相動力學計算
        4.3.2 雙腿支撐相動力學計算
        4.3.3 關節(jié)力軌跡計算
    4.4 基于力反饋的閉環(huán)控制方案
        4.4.1 外骨骼直接力控制
        4.4.2 外骨骼間接力控制
    4.5 人體-欠驅(qū)動下肢外骨骼系統(tǒng)聯(lián)合仿真
        4.5.1 人體生物力學仿真方法設計
        4.5.2 人-下肢外骨骼連接方法設計
        4.5.3 無下肢外骨骼助力下的人體行走仿真
        4.5.4 有下肢外骨骼助力下的人體行走仿真
        4.5.5 仿真結果分析
    4.6 本章小結
第5章 欠驅(qū)動下肢外骨骼實驗研究
    5.1 引言
    5.2 控制系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)集成
        5.2.1 控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)整體框架
        5.2.2 控制和傳感單元
    5.3 下肢外骨骼穿戴行走實驗
        5.3.1 行走速度4km/h時的實驗
        5.3.2 行走速度5km/h時的實驗
        5.3.3 行走速度6km/h時的實驗
        5.3.4 實驗數(shù)據(jù)分析
    5.4 環(huán)境適應性實驗
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果
致謝



本文編號：3801611