双模式外骨骼结构设计与优化

发布时间：2021-12-18 17:36

　　根据双模式外骨骼的结构和功能特性,建立了能够适应下肢座椅模式和上肢托举模式的外骨骼模型,设计了齿轮啮合形式的制动器部件,对外骨骼结构进行了静力学分析,并利用最小二乘法分别对两种模式不同位姿下位移和应力的最大值和平均值进行了拟合,得到不同位姿下位移和应力的最大值和均值拟合曲线。通过拟合曲线,发现座椅模式在膝关节为0°时出现位移最大值,40°时出现应力最大值;托举模式在肩关节为45°时出现位移最大值,0°时出现应力最大值。最后以座椅模式为例对模型结构进行了拓扑优化,优化后结构质量可减少13.23%。将优化前后位移和应力最大值与均值进行了对比,结果表明,优化后不同位姿下的位移无明显变化,但最大应力得到显著降低。 

【文章来源】：机械工程师. 2020,(12)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

小腿杆杆长可调节的踝关节结构

外骨骼外观结构立体图及细节图

为了方便网格划分、减少计算工作量，对实体座椅模型做如下简化[5]：除去腰部动力装置和各连接绑带，髋关节部位用连杆代替；略去各关节的驱动装置；可调杆件上的螺栓与孔也被简化，以便施加载荷。对外骨骼进行有限元分析的基本步骤为[6]:1）定义材料属性为6061A铝合金，设置密度为2700 kg/m3。

【参考文献】：
期刊论文
[1]外骨骼穿戴式助力助行机器人技术综述[J]. 朱惠盈,杨海乐,林星羽.  计量与测试技术. 2019(07)
[2]上肢穿戴式弹药托举装置运动学及工作空间分析[J]. 李回滨,管小荣,李仲,李杨.  兵器装备工程学报. 2019(06)
[3]下肢动力外骨骼机器人进展研究[J]. 包仁人,冯健,陆英男,沈庆杰,邓德智.  科技创新导报. 2019(13)
[4]机械外骨骼研究现状及发展趋势[J]. 郝士冲.  中国设备工程. 2018(24)
[5]基于ANSYS多功能座椅的静力学分析[J]. 张自强,王丽,马驰骋,靳若竹.  机械工程师. 2015(05)
[6]基于有限元的结构优化分析方法-拓扑优化[J]. 罗朝云,杨建军,赵锦.  电子世界. 2014(14)

硕士论文
[1]可穿戴式助力型外骨骼特征动作力学特征研究[D]. 张斌.西南交通大学 2017
[2]基于有限元分析的地铁座椅结构优化设计及其实验研究[D]. 潘小雨.武汉工程大学 2014



本文编号：3542870