外骨骼重心自适应凸轮连杆机构设计与研究

发布时间：2023-08-03 17:36

　　负重型外骨骼机器人的出现解决了特殊情况下物资难于运输和搬运的问题,但是在负重后人机系统的重心偏移是造成人体躯干后倾的主要原因之一。早期负重型外骨骼在结构上设计成拥有拟人化的“踝-膝-髋”三关节,分别设有液压驱动单元,为工作提供动力,而髋关节处液压单元可以调节外骨骼背部的倾角。考虑到重量、续航、能量利用率等方面,目前多只采用膝关节驱动,带来负重外骨骼躯干后倾与人体负重前倾不符,造成人体躯干受力增大,对人体负重行走稳定性和舒适性造成极大干扰和不适。当负重过大时可能导致人体失衡或向后倾倒而造成伤害。从人体负重时躯干实际所处空间姿态和有利于人体稳定性两方面出发,提出采用凸轮连杆机构作为机械髋关节并用其协调躯干与负重之间的角度关系。在用SolidWorks建立与标准身高及各体段长度适当的外骨骼模型的基础上,分析了结构强度及其与人体模型之间位置的协调性;通过一个周期内下肢步态动作的分析,获得人体下肢运动过程及运行时某一侧小腿及大腿的空间位置,通过Kane方法对人体下肢进行动力学分析,导入Adams中进行了动力学仿真。各体段的相关参数采用国家标准,通过仿真获得人机系统重心在矢状面内前后位移的变化结果...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究及发展现状
        1.2.1 国外对外骨骼研究
        1.2.2 国内对外骨骼研究
    1.3 外骨骼髋关节研究现状
    1.4 本文研究主要内容
    1.5 本章小结
第2章 外骨骼髋关节机构设计
    2.1 三维建模总述
    2.2 人体躯干与髋关节解剖学简介
    2.3 外骨骼髋关节设计
        2.3.1 外骨骼髋关节结构设计
        2.3.2 新型外骨骼髋关节工作原理
    2.4 外骨骼整体模型
    2.5 本章小结
第3章 外骨骼静力学分析及其优化
    3.1 站立时系统重心状态分析
        3.1.1 空载时系统重心状态分析
        3.1.2 负重时系统重心状态分析
    3.2 系统静力学分析
        3.2.1 外骨骼材料选择
        3.2.2 关节运动角
        3.2.3 静力学分析
    3.3 外骨骼结构优化
    3.4 本章小结
第4章 人机系统动力学分析
    4.1 系统步态分析
        4.1.1 人体步态分析
        4.1.2 负载下人体步态分析
    4.2 Kane方法简介
    4.3 人体动力学建模
    4.4 人机系统动力学仿真
        4.4.1 Adams动力学分析基础
        4.4.2 驱动曲线获取及处理
        4.4.3 仿真控制
    4.5 仿真结果
        4.5.1 结果验证
        4.5.2 结果分析
        4.5.3 结论
    4.6 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3838517