基于运动功能复现方法的假手腕部机构研究

发布时间：2020-10-27 00:53

　　 人类的双手对日常生活十分重要,既可以感知环境,又可以改变环境。而手腕起到调整双手位置和姿态的作用,对双手的运动空间和灵巧性起到重要作用。为了配合假手的发展与残肢患者对灵巧假肢的需求,本文结合国家973项目课题“操作感知一体化灵巧假肢设计制造与性能评估”(项目编号:2011CB013306)对基于运动功能复现方法的假手腕部机构展开了研究。首先,从人手腕部生理学层面进行研究,确定手腕的主动运动度和日常生活运动度,并提出腕部动作分类树。为了指导后续设计工作,对假手腕部运动功能复现性能及其实现进行研究,提出了假手腕部功能对日常活动的复现率和基于HIT-IV假手的运动空间重合度量化。复现率用于评价不同腕部运动模式对日常活动的复现能力,有助于腕部机构设计中对腕部功能进行综合考量。运动空间重合度量化在一定程度上能够反映假手和腕部机构的拟人性,用于指导腕部机构运动范围的设计。其次,基于以上提出的运动功能复现方法,详细设计了包含腕手间快换接口、锁止机构等在内的腕部机构。提出假手腕部机构的设计思路与设计指标,根据设计指标详细设计了腕部机构,提出2.5自由度配置,即旋转和屈伸设计为主动自由度,偏移设计为被动自由度;设计腕手间快换接口,其具备稳定的机械性能和电气连接,可以实现快速装拆假手;设计锁止机构,整体尺寸小,能够实现腕部屈伸和旋转反向锁死,且可以承受较大被动力矩。最后,搭建了基于HIT-IV假手的腕手系统实验平台,并开展对腕部机构机械性能、运动性能、实用性等方面的实验。分别验证了腕部机构的锁止性能、极限运动角度和回程误差;基于所提出的腕部动作分类树,对其完成旋转和屈伸独立或复合动作的运动性能进行了验证;对HIT-IV抓取小物体和大物体的抓取能力进行了带腕与否的对比实验。实验结果表明,本课题所设计的假手腕部机构方案可行,技术指标满足设计要求,能较大程度复现仿人的运动功能。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH77
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 假手腕部研究现状
        1.2.1 国外假手腕部研究现状
        1.2.2 国内假手腕部研究现状
    1.3 国内外文献综述的简析
    1.4 课题主要研究内容
第2章 腕部机构运动功能复现性研究
    2.1 引言
    2.2 人手腕部生理学研究与腕部动作分类
        2.2.1 人手腕部运动度分析
        2.2.2 腕部运动补偿
        2.2.3 腕部动作分类树
    2.3 假手腕部运动功能复现性分析
        2.3.1 假手腕部运动功能复现率
        2.3.2 基于HIT-IV假手的运动空间重合度量化
    2.4 本章小结
第3章 假手腕部机构设计
    3.1 引言
    3.2 假手腕部机构的总体描述
        3.2.1 假手腕部机构设计思想
        3.2.2 假手腕部机构设计指标
    3.3 假手腕部机构总体方案设计
        3.3.1 主动自由度方案设计
        3.3.2 被动自由度方案设计
    3.4 假手腕部机构设计
        3.4.1 腕手间快换接口设计与分析
        3.4.2 锁止机构设计与分析
        3.4.3 关节设计
    3.5 本章小结
第4章 基于HIT-IV假手的腕部机构实验验证
    4.1 引言
    4.2 基于HIT-IV假手的腕手系统实验平台
    4.3 腕部机构机械性能与设计指标验证
        4.3.1 锁止性能验证
        4.3.2 极限运动角度实验
        4.3.3 机构回程误差实验
    4.4 基于腕部动作分类树的运动功能实验
        4.4.1 旋转动作实验
        4.4.2 屈伸动作实验
        4.4.3 旋转和屈伸复合动作实验
    4.5 腕手系统实物抓取能力对比实验
        4.5.1 小物体抓取能力对比实验
        4.5.2 大物体抓取能力对比实验
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢

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本文编号：2857772