并联机构运动平衡台的设计

发布时间：2017-09-28 14:05

  本文关键词：并联机构运动平衡台的设计

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【摘要】：人体的平衡能力是人类的一项基本的能力。平衡能力对于每个人都很重要,如果身体平衡能力减弱或者丧失平衡能力,对于人们的日常生活会出现很大的影响。近年来,动态平衡仪是一项热门的话题,目前临床所采用的平衡康复训练方式,主要是依赖医师的人工康复治疗模式,人工治疗模式有好处也有不足之处,这种模式对于医师的依赖性太强,而医师数量的有限性也就成了这种治疗模式的一种瓶颈,因此医生需要一些康复设备来对患者进行辅助治疗。目前国内的动态平衡仪正处于发展阶段,本文主要针对动态平衡仪机械本体设计,运动平衡台具有两个自由度,动平台可以向X轴和Y轴转动,起到扰动人体重心的作用。首先,利用Solidworks软件对一种2自由度正交结构的并联平台进行了三维建模,对其进行了静平衡分析;根据平台的结构约束和给定的外载荷条件,进行了运动学和承载力分析,为零部件的设计和电动机的选型打下了理论基础。其次,对平台的标准零件和非标准零件进行设计,并根据理论分析结果,确定非标准零件的材料并绘制CAD图纸;通过承载力分析结果,计算所选电机转动惯量、额定扭矩范围,并最终通过电机选型手册确定伺服电机的型号。最后,设计倾角控制模块和重心检测模块,倾角测试模块主要是控制伺服电机达到控制倾角目的,重心检测模块主要是检测重心偏移位置,通过这两个模块和机械本体的配合可以达到人体平衡能力测试和训练的目的。运动平衡台可以进行简单的平衡测试和平衡康复训练,其机械本体的设计是研制平衡训练仪的关键问题之一,为日后平衡测试仪的设计和研发打下了基础。
【关键词】：平衡 平衡台 力学分析 重心检测
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景及其意义10-12
• 1.1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.1.2 人体平衡能力10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 康复工程发展现状12-13
• 1.2.2 国外平衡仪的发展现状13-16
• 1.2.3 国内平衡仪的发展现状16-17
• 1.3 本文主要的研究内容17-18
• 第二章 人体平衡能力检测基础18-23
• 2.1 人体平衡的力学分析18-19
• 2.2 影响人体平衡的元素19-20
• 2.3 平衡能力测试方法20-22
• 2.4 平衡康复训练22
• 2.5 小结22-23
• 第三章 运动平衡台的机械设计和力学分析23-37
• 3.1 运动平衡台的模型设计23-26
• 3.1.1 平衡台三维模型设计23-24
• 3.1.2 平衡台静平衡分析24-26
• 3.2 平衡台的运动学分析26-28
• 3.3 平衡台的承载力分析28-36
• 3.3.1 θ角的正弦函数和正切函数的值计算30-31
• 3.3.2 刚性连杆支撑力F_3的力臂计算31-34
• 3.3.3 以虎克铰轴为转动轴的相关量的计算34-35
• 3.3.4 以减速机轴为转动轴的相关量计算35-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 机械零件的设计37-47
• 4.1 平衡台标准零件的设计37-41
• 4.1.1 球头杆端关节轴承37-38
• 4.1.2 虎克铰深沟轴承38-40
• 4.1.3 紧固件的选择40-41
• 4.2 非标准零件的设计41-46
• 4.2.1 减速机连杆的材料参数计算42-43
• 4.2.2 动平台材料参数计算43-44
• 4.2.3 非标准件CAD图的制作44-46
• 4.3 小结46-47
• 第五章 电机、倾角控制模块和重心检测模块47-60
• 5.1 伺服电机和减速机参数计算47-51
• 5.1.1 伺服电机惯量匹配48-50
• 5.1.2 伺服电机额定扭矩的计算50-51
• 5.1.3 伺服电机驱动器的选择51
• 5.2 伺服电机选型51-53
• 5.3 倾角控制模块53-56
• 5.3.1 倾角传感器53-54
• 5.3.2 倾角控制模块整体设计54
• 5.3.3 数据采集54
• 5.3.4 倾角控制流程54-56
• 5.4 重心检测模块设计56-59
• 5.4.1 重心检测56-57
• 5.4.2 平衡台转动对人体重心位置的偏移影响57-59
• 5.5 小结59-60
• 第六章 总结60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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本文编号：936242