隨著科技進(jìn)步,人機(jī)交互、輔助醫(yī)療、機(jī)器人技術(shù)在日常服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多,為人們生活帶來諸多便利。本文圍繞上述領(lǐng)域,基于輔助人長途行走運(yùn)動(dòng)、降低自身體能消耗的現(xiàn)實(shí)意義,以結(jié)構(gòu)簡潔靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定性高和穿戴舒適為設(shè)計(jì)目標(biāo),開展了下肢助力外骨骼機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究。首先,從分析人體下肢結(jié)構(gòu)入手,在遵循人體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的前提下,按照踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和腰部相關(guān)結(jié)構(gòu)的模塊劃分方式,對下肢助力外骨骼的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);為了到達(dá)結(jié)構(gòu)精巧、系統(tǒng)穩(wěn)定的目的,選擇液壓驅(qū)動(dòng)方案,并采用遺傳算法對液壓缸與氣缸平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),依照優(yōu)化結(jié)果選擇液壓缸參數(shù)。其次,采用Workbench軟件對踝關(guān)節(jié)柔性元件和腰部柔性元件進(jìn)行有限元分析,仿真結(jié)果表明:在正常施加載荷的情況下,踝關(guān)節(jié)柔性元件和腰部柔性元件的最大應(yīng)力低于材料的許用應(yīng)力、最大形變量符合設(shè)計(jì)要求。然后,建立下肢助力外骨骼的D-H模型,進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解,并運(yùn)用拉格朗日動(dòng)力學(xué)法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的建立與分析。最后,采用三次多項(xiàng)式插值法對外骨骼的步態(tài)進(jìn)行求解與分析,并借助Matlab軟件對下肢助力外骨骼的步態(tài)進(jìn)行建模與規(guī)劃,通過分析模型運(yùn)動(dòng)過程中的... 

【文章來源】：山東科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ外骨骼?

?緒論??骼機(jī)器人，如圖１－１所示。與己研發(fā)的外骨骼設(shè)備相比，Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ系列行??動(dòng)敏捷且強(qiáng)勁有力，當(dāng)人體穿戴ＸＯＳ系列外骨骼時(shí)，可舉放９００．７ｋｇ的重物卻??只有９ｋｇ體感，并可連續(xù)舉放５０－５００次［５］。但其自帶電池只能使用４０分鐘，需??隨身配備充電電源線，如若解決電源問題，相信很快可以實(shí)用化。目前，ＳＡＲＣＯＳ??外骨骼機(jī)器人旨在擴(kuò)大和增加用戶量，如在鏟車無法進(jìn)入的泥濘、偏遠(yuǎn)地區(qū)借??助外骨骼完成貨物快速裝卸。??考ｆ??圖１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ外骨骼?圖１－２伯克利下肢末端外骨骼??Ｆｉｇ．?１－１?Ｇｕａｒｄｉａｎ?ＸＯＳ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｅｒｋｅｌｅｙ?Ｌｏｗｅｒ?Ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ??Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ??２００４年，美國加州大學(xué)伯克利發(fā)布“伯克利下肢末端外骨骼”（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ??Ｌｏｗｅｒ?Ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ，ＢＬＥＥＸ），如圖?１－２?所不［６］。該裝置通過人體行走??充充電，電源可連續(xù)作業(yè)２０小時(shí)，最大負(fù)載４５ｋｇ。人體處于最高負(fù)載時(shí)，穿戴??者的耗氧量比未穿戴者自力承擔(dān)相同負(fù)載的耗氧量少１５％。動(dòng)力上

矗?１?％??ｆｉｒ?Ｒ?ｆ??警—］Ｊ?＃崳?圖１－４?Ｓｏｇａｎｇ外骨骼?圖１－５?Ｈａｎｙａｎｇ外骨骼??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｏｇａｎｇ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?Ｆｉｇ．?１－５?Ｈａｎｙａｎｇ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ??１．２．２國內(nèi)外骨骼機(jī)器人現(xiàn)狀??我國在外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域的科學(xué)研宄起步晚于國外發(fā)達(dá)國家，但隨著外骨??骼在軍事、醫(yī)療、社會(huì)等領(lǐng)域的作用越來越重要，國內(nèi)各科研院所也逐步展開??對外骨骼機(jī)器人的研發(fā)，如中科院合肥智能機(jī)械研宄所、華東理工大學(xué)、浙江??大學(xué)等，并取得一系列有價(jià)值的科研成果。??中科院合肥智能機(jī)械研宄所葛運(yùn)建教授參與研發(fā)的下肢助力外骨骼機(jī)器??人，是國內(nèi)進(jìn)行較早的外骨骼研宄，如圖１－６所示［１２］。該外骨骼是與日本鹿島??大學(xué)余永等學(xué)者基于擬人化思想聯(lián)合研制的，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每條腿有６個(gè)自??由度，包含踝關(guān)節(jié)的屈曲／伸展、膝關(guān)節(jié)的屈曲／伸展、髖關(guān)節(jié)的屈曲／伸展、內(nèi)??旋／外旋和內(nèi)收／外展以及足尖跖趾關(guān)節(jié)［１３］。??圖１－６智能機(jī)械研究所外骨骼?圖１－７華東理工大學(xué)外骨骼??Ｆｉｇ．?１－６?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ?ｏｆ?Ｆｉｇ．?１－７?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｏｆ?Ｅａｓｔ?Ｃｈｉｎａ??ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｍａｃｈｉｎｅｒｙ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｓｃｉｅｎｃｅ?ａｎｄ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??華東理工大學(xué)曹恒教授與其科研團(tuán)隊(duì)研制出腿部有完整自由度即七自由度??的下肢助力外骨骼

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]外骨骼康復(fù)機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及穩(wěn)定性分析[D]. 劉新越.南京理工大學(xué) 2017
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[6]基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)[D]. 宋鵬飛.齊魯工業(yè)大學(xué) 2013
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本文編號(hào)：3007687