可穿戴外骨骼應(yīng)用廣泛,不管是在軍事上還是在日常生活中,均可發(fā)揮重要作用。特別是我國(guó)老年人口逐年增多,老年人的身體機(jī)能不足;同時(shí),有很大一部分因各種原因失去正常機(jī)能的人,不能完全適應(yīng)日常的生活�？纱┐魍夤趋滥軌驇椭麄儗�(shí)現(xiàn)正常的生活。但現(xiàn)在的外骨骼重量大、價(jià)格高、維護(hù)困難,極大的阻礙了其的推廣應(yīng)用。動(dòng)力關(guān)節(jié)作為外骨骼的重要部分,為外骨骼提供驅(qū)動(dòng)力,至關(guān)重要�，F(xiàn)在沒(méi)有統(tǒng)一和通用的模塊。因此本文設(shè)計(jì)一個(gè)通用、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單的動(dòng)力關(guān)節(jié)對(duì)外骨骼的發(fā)展和使用具有重要的意義。首先對(duì)國(guó)內(nèi)外可穿戴外骨骼動(dòng)力關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析,對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的易用性、重量、效率、輸出能力、成本、可靠性和可控性等方面定性分析并選取電機(jī)和齒輪減速箱作為動(dòng)力關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。接著根據(jù)減速箱輸入輸出參數(shù)和齒輪安全系數(shù)對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行齒輪材料的選取。根據(jù)動(dòng)力關(guān)節(jié)傳動(dòng)要求和特點(diǎn),對(duì)關(guān)節(jié)輸出末級(jí)傳動(dòng)采用行星方式,相比傳統(tǒng)方式提高了傳動(dòng)效率、減小了整體體積。并利用MATLAB軟件對(duì)齒輪傳動(dòng)以傳動(dòng)比、齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒寬等為約束,以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,為以后的應(yīng)用和控制提供最佳的機(jī)械特性。同時(shí)對(duì)優(yōu)化后的齒輪進(jìn)行在模擬嚙合情況下有限元分析,校核齒輪的強(qiáng)度和剛度。利用分析得到的應(yīng)力云圖和位移云圖,對(duì)齒輪內(nèi)部應(yīng)力和位移較小的部分進(jìn)行移除,以減小整體的慣量和質(zhì)量,達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化的目的。最后對(duì)動(dòng)力關(guān)節(jié)箱體進(jìn)行幾何造型設(shè)計(jì),并分別對(duì)行星架和輸出搖臂的各種受力情況進(jìn)行有限元分析,得到應(yīng)力和位移云圖,并通過(guò)設(shè)計(jì)洞察功能來(lái)檢查箱體的整體受力情況以保證在各種情況下箱體的安全性能。根據(jù)對(duì)齒輪傳動(dòng)和箱體的設(shè)計(jì)制作了試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,外骨骼的關(guān)鍵零部件動(dòng)力關(guān)節(jié)的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠滿足強(qiáng)度和剛度的要求。
【學(xué)位單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：R318.17
【部分圖文】：

圖 1.1 Hardiman 外骨骼 圖 1.2 Hardiman 手臂Fig. 1.1 Hardiman Exoskeleton Fig. 1.2 Hardiman’ARM2000 年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局為了幫助戰(zhàn)士、消防員和救災(zāi)人員提供 5000萬(wàn)美元，加州伯克利大學(xué)接受并研制了伯克利下肢外骨骼系統(tǒng)（BLEEX）如圖 1.3 所示。系統(tǒng)仍然采用液壓驅(qū)動(dòng)[5]。穿上伯克利外骨骼能夠輕松背起 90Kg 的負(fù)重，靈活的行走。

圖 1.1 Hardiman 外骨骼 圖 1.2 Hardiman 手臂Fig. 1.1 Hardiman Exoskeleton Fig. 1.2 Hardiman’ARM2000 年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局為了幫助戰(zhàn)士、消防員和救災(zāi)人員提供 5000萬(wàn)美元，加州伯克利大學(xué)接受并研制了伯克利下肢外骨骼系統(tǒng)（BLEEX）如圖 1.3 所示。系統(tǒng)仍然采用液壓驅(qū)動(dòng)[5]。穿上伯克利外骨骼能夠輕松背起 90Kg 的負(fù)重，靈活的行走。

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1 趙恒;可穿戴上肢外骨骼關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D];西華大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2856032