可穿戴式负重外骨骼结构设计与优化
发布时间：2021-08-27 11:42
随着自动控制工程、材料学及传感器等学科的发展,对外骨骼机器人的研究取得了很大的进展,而负重外骨骼机器人作为其重要分支,也取得了一些阶段性的成果,它不仅可以保护和支撑人体,还可以增强人的负重能力、耐力与速度。尽管如此,仍存在诸多的瓶颈限制着负重外骨骼的发展,如动力不足,持续工作时间短;人机交互性差;系统稳定性差,易发生倾倒等。本文对可穿戴式负重外骨骼的结构设计与优化方法进行了深入研究,主要完成了下列工作:通过分析人体下肢的生理结构、运动机理与步态,完成自由度划分、驱动关节的配置以及驱动方式的选择,利用SolidWorks软件为负重外骨骼机器人建立虚拟样机。采用改进的D-H法对负重外骨骼进行运动学正解分析,并分别运用MATLAB和Adams软件对其进行运动学仿真与分析,得到下肢末端轨迹曲线和各关节的角度、角速度、角加速度变化曲线,分别对处于单腿支撑阶段和双腿支撑阶段的外骨骼进行静力学分析,得到支撑腿各关节的关节静力矩。运用牛顿-欧拉迭代动力学算法推导出负重外骨骼的动力学方程,并分别运用MATLAB和Adams软件对该模型进行动力学仿真,得到各关节的驱动力矩变化图,通过对比验证了动力学求解过...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１外骨豁原型机哈迪曼（Ｈａｒｄｉｍａｎ）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?Ｈａｒｄｉｍａｎ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]助力型下肢外骨骼机器人现状及展望[J]. 欧阳小平,范伯骞,丁硕. 科技导报. 2015(23)
[2]美军外骨骼装备研究及应用[J]. 牛贵君. 军事体育学报. 2013(03)
[3]外骨骼机器人的研究发展[J]. 柴虎,侍才洪,王贺燕,张坤亮,杨康健,赵润洲,张西正. 医疗卫生装备. 2013(04)
[4]能量辅助骨骼服的研究现状及发展趋势[J]. 杨智勇,归丽华,张静,方登建. 山东科技大学学报(自然科学版). 2012(05)
[5]2010年第六次全国人口普查主要数据公报（第1号）[J]. 中国计划生育学杂志. 2011(08)
[6]外骨骼机器人发展趋势研究[J]. 李会营,王惠源,张鹏军,赵鑫,李传才. 机械工程师. 2011(08)
[7]康复机器人技术发展现状及关键技术分析[J]. 吕广明,孙立宁,彭龙刚. 哈尔滨工业大学学报. 2004(09)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]基于外骨骼技术的机器人远程控制[D]. 李晓明.浙江大学 2004
硕士论文
[1]气动外骨骼助力机器人嵌入式控制系统研究[D]. 姚旭平.浙江大学 2017
[2]外骨骼机器人运动优化与脑机控制[D]. 徐鹏.华南理工大学 2016
[3]下肢助力外骨骼机器人的研究[D]. 彭延云.哈尔滨工业大学 2016
[4]助力外骨骼机器人随动控制算法设计与实现[D]. 卢军.电子科技大学 2016
[5]基于嵌入式系统的下肢外骨骼机器人控制系统设计[D]. 管政.华南理工大学 2016
[6]仿生下肢外骨骼机器人关键零件可靠性分析[D]. 石虎.电子科技大学 2016
[7]下肢外骨骼机器人结构设计与仿真分析[D]. 邵子宴.扬州大学 2016
[8]下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D]. 周海涛.哈尔滨工业大学 2015
[9]下肢外骨骼动态稳定性分析与步态跟踪控制研究[D]. 吴昌伟.中南大学 2014
[10]面向紧急救援的可穿戴式下肢外骨骼设计研究[D]. 吴佳.浙江大学 2014
本文编号：3366284
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１外骨豁原型机哈迪曼（Ｈａｒｄｉｍａｎ）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?Ｈａｒｄｉｍａｎ??
作［２７－２９］〇??ｆ?Ｅ??图１－２美国加州大学伯克利分校ＢＬＥＥＸ样机??Ｆｉｇ．?１－２?Ａ?ＢＬＥＥＸ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ａｔ?ｔｈｅ?ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，?Ｂｅｒｋｅｌｅｙ??２００９年，加州大学的伯克利分校和洛克希德马丁公司合作研制的ＨＵＬＣ外骨??骼机器人在军事上得到应用，如图１－３所示，ＨＵＬＣ具有较强的续航能力，空载时??能持续工作２４小时，在最大负载９０公斤的情况下能以４．８Ｋｍ／ｈ的速度持续行走１??小时，可节省穿戴者１５％的体能，其结构精简，承载效率高，特别适合应用于军??事野外作战［３（）］。??Ｔｈ＾?ｉｎｃｒｅｄｉｌｄｅ?ＨＵＬＣ?／?＊？？＞＊？＊?？＊＞？?？＊＊?ｋ？．ｃ??？？？－?ｗ?＼?，?ｖ?＇徽?■＊＊＊－■＜?，??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]助力型下肢外骨骼机器人现状及展望[J]. 欧阳小平,范伯骞,丁硕. 科技导报. 2015(23)
[2]美军外骨骼装备研究及应用[J]. 牛贵君. 军事体育学报. 2013(03)
[3]外骨骼机器人的研究发展[J]. 柴虎,侍才洪,王贺燕,张坤亮,杨康健,赵润洲,张西正. 医疗卫生装备. 2013(04)
[4]能量辅助骨骼服的研究现状及发展趋势[J]. 杨智勇,归丽华,张静,方登建. 山东科技大学学报(自然科学版). 2012(05)
[5]2010年第六次全国人口普查主要数据公报（第1号）[J]. 中国计划生育学杂志. 2011(08)
[6]外骨骼机器人发展趋势研究[J]. 李会营,王惠源,张鹏军,赵鑫,李传才. 机械工程师. 2011(08)
[7]康复机器人技术发展现状及关键技术分析[J]. 吕广明,孙立宁,彭龙刚. 哈尔滨工业大学学报. 2004(09)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]基于外骨骼技术的机器人远程控制[D]. 李晓明.浙江大学 2004
硕士论文
[1]气动外骨骼助力机器人嵌入式控制系统研究[D]. 姚旭平.浙江大学 2017
[2]外骨骼机器人运动优化与脑机控制[D]. 徐鹏.华南理工大学 2016
[3]下肢助力外骨骼机器人的研究[D]. 彭延云.哈尔滨工业大学 2016
[4]助力外骨骼机器人随动控制算法设计与实现[D]. 卢军.电子科技大学 2016
[5]基于嵌入式系统的下肢外骨骼机器人控制系统设计[D]. 管政.华南理工大学 2016
[6]仿生下肢外骨骼机器人关键零件可靠性分析[D]. 石虎.电子科技大学 2016
[7]下肢外骨骼机器人结构设计与仿真分析[D]. 邵子宴.扬州大学 2016
[8]下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D]. 周海涛.哈尔滨工业大学 2015
[9]下肢外骨骼动态稳定性分析与步态跟踪控制研究[D]. 吴昌伟.中南大学 2014
[10]面向紧急救援的可穿戴式下肢外骨骼设计研究[D]. 吴佳.浙江大学 2014
本文编号：3366284
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