發(fā)布時間：2021-05-19 12:20

　　“重度失能”老人和事故災(zāi)害造成的殘疾患者在日益增多,這對護理和康復(fù)工作提出了更高的要求。護理人員需要經(jīng)常對這些長期臥床的患者進行翻身、移乘和按摩等護理以防壓瘡等疾病的產(chǎn)生,并且需要幫助患者按期進行康復(fù)訓(xùn)練。因此,研究一種模仿人手抓取人肢體并進行操控的機械手,對減輕護理人員的工作負擔(dān),以及設(shè)計具有通用性和結(jié)構(gòu)緊湊的仿人機器人具有重要意義。與其他機械手不同,人肢體被抓取時的安全性和舒適性是仿人護理機械手的設(shè)計和控制中需要首先考慮的問題。影響抓取人肢體的安全性和舒適性的主要參數(shù)是抓取力在人肢體內(nèi)部產(chǎn)生的極值應(yīng)力、應(yīng)變和平均應(yīng)力、應(yīng)變等。本文采用生物力學(xué)方法,分析機械手不同的抓取力對人肢體的生物力學(xué)影響,為機械手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)節(jié)控制提供了理論指導(dǎo)。本文通過CT掃描圖像利用MIMICS重建人體小腿三維幾何模型并利用Geomagic Studio光滑地處理該模型,再利用HyperMesh、ABAQUS等軟件建立小腿有限元模型。小腿有限元模型的皮膚組織和骨骼組織采用線彈性材料模型,肌肉組織采用Odgen超彈性材料模型。在ABAQUS中,采用tie約束將皮膚組織與肌肉組織、肌肉組織與骨骼組織連接起來... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABASTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景和意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 護理與康復(fù)機器人
        1.2.2 生物有限元分析在人機工程學(xué)中的應(yīng)用
    1.3 研究內(nèi)容
第2章 面向抓取力影響分析的小腿有限元建模
    2.1 人體小腿解刨結(jié)構(gòu)
    2.2 小腿有限元模型的建立
        2.2.1 基于CT掃描數(shù)據(jù)的小腿三維幾何模型建立
        2.2.2 三維模型網(wǎng)格劃分與關(guān)鍵問題的處理
    2.3 小腿生物材料特性設(shè)定
    2.4 本章小結(jié)
第3章 小腿有限元模型驗證及抓取仿真分析
    3.1 小腿模型驗證實驗
        3.1.1 實驗方法
        3.1.2 實驗結(jié)果
    3.2 抓取仿真分析
        3.2.1 抓取分析與約束條件
        3.2.2 應(yīng)力和應(yīng)變的分析結(jié)果
        3.2.3 接觸應(yīng)力分析結(jié)果
        3.2.4 表面剪切應(yīng)力分析結(jié)果
    3.3 本章小結(jié)
第4章 二指二關(guān)節(jié)機械手抓取分析
    4.1 機械手模型的建立和仿真分析的約束條件
        4.1.1 二指二關(guān)節(jié)機械手指模型的建立
        4.1.2 仿真分析約束條件
    4.2 不同關(guān)節(jié)角度對小腿生物力學(xué)影響與分析
        4.2.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析結(jié)果
        4.2.2 表面剪切應(yīng)力分析結(jié)果
        4.2.3 接觸應(yīng)力分析結(jié)果
    4.3 不同的抓取位置對小腿生物力學(xué)分析的影響與分析
        4.3.1 應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果
        4.3.2 表面剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析結(jié)果
        4.3.3 分析討論
    4.4 機械手墊片材料對小腿生物力學(xué)的影響與分析
        4.4.1 應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果
        4.4.2 表面剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析結(jié)果
    4.5 機械手指長度對小腿生物力學(xué)的影響與分析
        4.5.1 應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果
        4.5.2 表面剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于血氧指標和主觀舒適性評價的實驗驗證
    5.1 實驗用機械手實物模型的設(shè)計制造
    5.2 組織血氧檢測實驗
        5.2.1 近紅外血氧檢測法簡介
        5.2.2 機械手作用下組織血氧檢測實驗
        5.2.3 實驗數(shù)據(jù)處理及分析
    5.3 主觀舒適性評價實驗
    5.4 討論
    5.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果
致謝
學(xué)位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻】：
期刊論文
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[4]中國失能老人問題探究——兼論失能評估工具在中國長期照護服務(wù)中的發(fā)展方向[J]. 彭希哲,宋靚珺,茅澤希.  新疆師范大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版). 2018(05)
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[6]滾珠折疊式手術(shù)轉(zhuǎn)運床板的設(shè)計[J]. 郭赤,蘭天飚,李濤,鄭詩強,蘇東東.  中國醫(yī)學(xué)裝備. 2014(11)
[7]抓取梯形包裝盒的柔性機械手結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 熊強,章軍,王芳,朱飛成.  包裝工程. 2014(11)
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博士論文
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[2]基于人體有限元模型的汽車前碰撞中駕駛員下肢損傷生物力學(xué)研究[D]. 蔣小晴.湖南大學(xué) 2014
[3]面向行人下肢碰撞保護的汽車前端結(jié)構(gòu)快速優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 黃俊.清華大學(xué) 2013
[4]一種傷員換乘轉(zhuǎn)運機器人的設(shè)計研究[D]. 侍才洪.中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 2010
[5]步行康復(fù)訓(xùn)練助行腿機器人系統(tǒng)[D]. 馮治國.上海大學(xué) 2009
[6]基于sEMG信號的外骨骼式機器人上肢康復(fù)系統(tǒng)研究[D]. 李慶玲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[7]手臂康復(fù)機器人系統(tǒng)研究[D]. 楊勇.哈爾濱工程大學(xué) 2009

碩士論文
[1]轉(zhuǎn)運護理機器人系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 賀雪峰.燕山大學(xué) 2017
[2]中國50百分位男性人體有限元模型建立及應(yīng)用[D]. 施龍利.清華大學(xué) 2017
[3]基于后沖擊下人體響應(yīng)分析的客車座椅結(jié)構(gòu)研究[D]. 王金清.天津科技大學(xué) 2016
[4]人體肌肉組織的生物力學(xué)建模及其有限元仿真[D]. 安賢俊.哈爾濱理工大學(xué) 2015
[5]中國人體50百分位小腿有限元模型開發(fā)及骨折特性研究[D]. 杜現(xiàn)平.湖南大學(xué) 2015
[6]基于典型交通事故的顱腦損傷力學(xué)機制研究[D]. 馮成建.第三軍醫(yī)大學(xué) 2013
[7]駕駛員—座椅壓力分布模擬研究[D]. 杜曉明.吉林大學(xué) 2012
[8]可穿戴式下肢康復(fù)機器人的本體設(shè)計和步態(tài)規(guī)劃[D]. 陳磊.西華大學(xué) 2012
[9]非線性優(yōu)化問題的精確罰函數(shù)算法研究[D]. 魏大松.重慶大學(xué) 2007
[10]人體下肢有限元動力學(xué)分析模型的建立和驗證[D]. 方海峰.湖南大學(xué) 2004



本文編號：3195761