基于人机闭链的下肢康复外骨骼机构设计与分析

发布时间：2021-05-17 01:48

　　现有下肢康复外骨骼的人机接口大多采用绷带、卡套进行紧固式连接。理想状态下,外骨骼与人体形成平行链,人机尺寸完全匹配,人机运动协调。然而,此类外骨骼实际使用过程中,因外骨骼周期性运动,人机之间相对滑动,产生角位移偏差。若人机接口处的紧固式连接不足以补偿人机滑动产生的变形和错位,外骨骼强制人体运动,对腿部产生压力,轻则肢体麻木,重则二次损伤。针对下肢康复外骨骼使用过程中因人机相对滑动产生的角位移偏差,基于人体-外骨骼运动模型和人体-外骨骼调整模型,设计下肢康复外骨骼,并对外骨骼进行运动学分析、动力学分析以及结构优化设计。本文主要研究内容包括以下四部分:（1）针对因人机相对滑动产生的角位移偏差,运用人机偏差变量理论和人机相容理论,在人体-外骨骼运动模型上添加被动自由度,建立人体-外骨骼调整模型。依据人体-外骨骼运动模型和人体-外骨骼调整模型,设计下肢康复外骨骼。外骨骼提供运动模式和调整模式,通过人机滑动偏差检测装置实现运动模式和调整模式的切换。（2）建立单侧外骨骼机械腿运动学模型,求解运动方程和连杆变换矩阵。运用Matlab和Adams软件对外骨骼模型和人体-外骨骼模型进行运动学仿真,对比分... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 关键技术分析
        1.3.1 机构自由度
        1.3.2 驱动方式
        1.3.3 驱动关节
        1.3.4 训练模式
        1.3.5 人机交互技术/感知技术
    1.4 研究内容与技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
第二章 人体-外骨骼模型
    2.1 引言
    2.2 人体下肢康复运动机理与下肢刚体模型的建立
        2.2.1 人体下肢康复运动机理
        2.2.2 下肢刚体模型的建立
    2.3 人体-外骨骼运动模型
        2.3.1 外骨骼模型的建立
        2.3.2 人体-外骨骼运动模型的建立
    2.4 人体-外骨骼调整模型
        2.4.1 构型初选
        2.4.2 构型优选与验证
    2.5 小结
第三章 下肢康复外骨骼结构设计
    3.1 引言
    3.2 外骨骼尺寸参数选择
    3.3 外骨骼材料选择
    3.4 外骨骼结构设计
        3.4.1 背板组件与腰部组件
        3.4.2 髋关节组件
        3.4.3 膝关节组件
        3.4.4 踝足部组件
        3.4.5 大腿组件和小腿组件
    3.5 外骨骼运动模式
    3.6 关键零部件校核
    3.7 小结
第四章 外骨骼机构运动学建模与分析
    4.1 引言
    4.2 外骨骼运动模型的建立与分析
        4.2.1 外骨骼仿真模型的建立
        4.2.2 外骨骼运动学方程
    4.3 人机运动区域兼容性分析
    4.4 外骨骼运动学仿真
        4.4.1 外骨骼仿真模型的建立与设置
        4.4.2 仿真分析
    4.5 外骨骼-人体运动仿真分析
        4.5.1 外骨骼-人体仿真模型的建立
        4.5.2 仿真设置
        4.5.3 仿真结果分析
    4.6 小结
第五章 人机动力学分析与外骨骼机构优化设计
    5.1 引言
    5.2 人机动力学模型的建立与分析
        5.2.1 人机动力学模型建立
        5.2.2 人机动力学分析
    5.3 人机动力学仿真
        5.3.1 仿真模型的建立与设置
        5.3.2 仿真结果分析
    5.4 外骨骼机构优化设计
    5.5 小结
总结与展望
    (一) 总结
    (二) 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3190829