人机耦合下肢外骨骼机器人运动分析及其仿真
发布时间：2021-11-25 23:40
近年来,随着我国人口老龄化程度日益加剧,陪护人员数量也在增加,造成了人力资源的浪费,同时一些重体力、高频率工作人员经过长期劳作,身体出现了问题,导致生活质量下降。因此考虑采用下肢外骨骼机器人来辅助劳动者工作,以减轻其劳动强度,减少重体力劳动者身体劳损。目前下肢外骨骼机器人存在较多技术难题,比如型大、体重、制造困难、助力性能难以评价等。本文在分析外骨骼机器人型大、本体重及制造困难等技术难题基础上建立了轻型、可伸缩、踝关节被动气弹簧驱动的下肢外骨骼机器人;基于助力外骨骼机器人助力性能难以评价难题建立了人机耦合模型,通过分析人体下肢肌肉力及肌肉能量代谢情况来判断下肢外骨骼机器人对人体的助力作用。具体研究内容如下:（1）针对目前外骨骼机器人体形大、本体重、制造困难等问题,本课题考虑髋、膝关节轻型驱动和踝关节气弹簧被动驱动方式建立了轻型外骨骼机器人结构模型。采用了可伸缩连杆作为下肢外骨骼机器人腿部机构,以满足中国女子身高尺寸的第5百分位数和中国男子身高尺寸的第95百分位数之间的需求者,实现一机多用。（2）建立了下肢外骨骼机器人运动学和动力学模型并进行了理论分析。基于ADAMS平台对两种踝关节下肢...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1 最早的外骨骼人
硕士学位论文3图1.1最早的外骨骼人图1.2雷神公司XOS2图1.3HULC机器人还有一些研究机构如韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、俄罗斯国防部第3中央研究所等也进行了相关研究。1.2.2国内研究现状国内从2004年之后才开始对外骨骼机器人进行研究，起步较晚，大都集中于理论研究[27]。早期研究成果主要集中在高校与科研机构中，如中国科学院深圳先进技术研究院、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、上海大学等。2006年，浙江大学基于人机耦合的层次式控制框架，采用气动系统设计出一套外骨骼原型实验系统[28]，其后对外骨骼机器人的控制系统进行了详细设计[29]。在同一年，海军航空工程学院设计完成了第一代外骨骼机器人[30]，其后采用了全新的设计思路，简化了控制方法，于2008年推出了第二代外骨骼机器人[31]，在2009年又推出了第三代外骨骼机器人样机[32]，在腰环、传感靴、关节设计、结构设计等方面都有了改进。图1.4筑波大学HAL5图1.5CEXO-WO3图1.6火箭院机器人2018年世界机器人大会上，北京铁甲钢拳科技有限公司展示了三款其自主研发外骨骼机器人，包括全球首款手指具有动力的上肢外骨骼CEXO-01，腰部助力
硕士学位论文3图1.1最早的外骨骼人图1.2雷神公司XOS2图1.3HULC机器人还有一些研究机构如韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、俄罗斯国防部第3中央研究所等也进行了相关研究。1.2.2国内研究现状国内从2004年之后才开始对外骨骼机器人进行研究，起步较晚，大都集中于理论研究[27]。早期研究成果主要集中在高校与科研机构中，如中国科学院深圳先进技术研究院、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、上海大学等。2006年，浙江大学基于人机耦合的层次式控制框架，采用气动系统设计出一套外骨骼原型实验系统[28]，其后对外骨骼机器人的控制系统进行了详细设计[29]。在同一年，海军航空工程学院设计完成了第一代外骨骼机器人[30]，其后采用了全新的设计思路，简化了控制方法，于2008年推出了第二代外骨骼机器人[31]，在2009年又推出了第三代外骨骼机器人样机[32]，在腰环、传感靴、关节设计、结构设计等方面都有了改进。图1.4筑波大学HAL5图1.5CEXO-WO3图1.6火箭院机器人2018年世界机器人大会上，北京铁甲钢拳科技有限公司展示了三款其自主研发外骨骼机器人，包括全球首款手指具有动力的上肢外骨骼CEXO-01，腰部助力
【参考文献】：
期刊论文
[1]下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真[J]. 陈炜,王立柱,张林琰,马利. 机械设计. 2018(04)
[2]穿戴式外骨骼康复辅具临床应用现状分析[J]. 陈学斌,刘利荣,安峥,高敏,高海鹏. 科技导报. 2017(02)
[3]康复机器人与智能辅助系统的研究进展[J]. 侯增广,赵新刚,程龙,王启宁,王卫群. 自动化学报. 2016(12)
[4]基于柔性气压驱动器的可穿戴式腰部助力机器人研究[J]. 李向攀,韩建海,郭冰菁,张彦斌,赵菲菲,则次俊郎. 自动化学报. 2016(12)
[5]多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析[J]. 宋遒志,王晓光,王鑫,汪阳. 兵工学报. 2016(01)
[6]运动生物力学仿真建模软件LifeMOD和OpenSim的建模比较[J]. 戎科,钱竞光. 南京体育学院学报(自然科学版). 2015(05)
[7]人体外骨骼服技术综述[J]. 张向刚,秦开宇,石宇亮. 计算机科学. 2015(08)
[8]基于软件OpenSim的人体运动建模理论及其应用领域概述[J]. 宋和胜,钱竞光,唐潇. 医用生物力学. 2015(04)
[9]基于仿生原理的节能减振类人机器人膝关节的设计[J]. 陈兵,骆敏舟,孙少明,王美玲,王琨. 机器人. 2014(02)
[10]基于OpenSim技术的跨栏跟腱仿真分析[J]. 李琳杰,成万祥. 天津体育学院学报. 2013(06)
博士论文
[1]基于柔性传动的助力全身外骨骼机器人系统研究[D]. 陈春杰.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
硕士论文
[1]气动助力外骨骼机器人人机协同运动控制研究[D]. 陶俊.浙江大学 2018
[2]外骨骼机器人下肢增力机构设计和仿真研究[D]. 王珺.浙江大学 2016
[3]下肢外骨骼机器人的设计与研究[D]. 李雁北.北京林业大学 2015
[4]多自由度下肢外骨骼控制系统研究[D]. 刘志娟.浙江大学 2011
[5]仿生外骨骼式下肢康复机器人研究[D]. 孔祥战.河北工业大学 2011
[6]可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现[D]. 牛彬.浙江大学 2006
本文编号：3519010
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1 最早的外骨骼人
硕士学位论文3图1.1最早的外骨骼人图1.2雷神公司XOS2图1.3HULC机器人还有一些研究机构如韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、俄罗斯国防部第3中央研究所等也进行了相关研究。1.2.2国内研究现状国内从2004年之后才开始对外骨骼机器人进行研究，起步较晚，大都集中于理论研究[27]。早期研究成果主要集中在高校与科研机构中，如中国科学院深圳先进技术研究院、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、上海大学等。2006年，浙江大学基于人机耦合的层次式控制框架，采用气动系统设计出一套外骨骼原型实验系统[28]，其后对外骨骼机器人的控制系统进行了详细设计[29]。在同一年，海军航空工程学院设计完成了第一代外骨骼机器人[30]，其后采用了全新的设计思路，简化了控制方法，于2008年推出了第二代外骨骼机器人[31]，在2009年又推出了第三代外骨骼机器人样机[32]，在腰环、传感靴、关节设计、结构设计等方面都有了改进。图1.4筑波大学HAL5图1.5CEXO-WO3图1.6火箭院机器人2018年世界机器人大会上，北京铁甲钢拳科技有限公司展示了三款其自主研发外骨骼机器人，包括全球首款手指具有动力的上肢外骨骼CEXO-01，腰部助力
硕士学位论文3图1.1最早的外骨骼人图1.2雷神公司XOS2图1.3HULC机器人还有一些研究机构如韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、俄罗斯国防部第3中央研究所等也进行了相关研究。1.2.2国内研究现状国内从2004年之后才开始对外骨骼机器人进行研究，起步较晚，大都集中于理论研究[27]。早期研究成果主要集中在高校与科研机构中，如中国科学院深圳先进技术研究院、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、上海大学等。2006年，浙江大学基于人机耦合的层次式控制框架，采用气动系统设计出一套外骨骼原型实验系统[28]，其后对外骨骼机器人的控制系统进行了详细设计[29]。在同一年，海军航空工程学院设计完成了第一代外骨骼机器人[30]，其后采用了全新的设计思路，简化了控制方法，于2008年推出了第二代外骨骼机器人[31]，在2009年又推出了第三代外骨骼机器人样机[32]，在腰环、传感靴、关节设计、结构设计等方面都有了改进。图1.4筑波大学HAL5图1.5CEXO-WO3图1.6火箭院机器人2018年世界机器人大会上，北京铁甲钢拳科技有限公司展示了三款其自主研发外骨骼机器人，包括全球首款手指具有动力的上肢外骨骼CEXO-01，腰部助力
【参考文献】：
期刊论文
[1]下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真[J]. 陈炜,王立柱,张林琰,马利. 机械设计. 2018(04)
[2]穿戴式外骨骼康复辅具临床应用现状分析[J]. 陈学斌,刘利荣,安峥,高敏,高海鹏. 科技导报. 2017(02)
[3]康复机器人与智能辅助系统的研究进展[J]. 侯增广,赵新刚,程龙,王启宁,王卫群. 自动化学报. 2016(12)
[4]基于柔性气压驱动器的可穿戴式腰部助力机器人研究[J]. 李向攀,韩建海,郭冰菁,张彦斌,赵菲菲,则次俊郎. 自动化学报. 2016(12)
[5]多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析[J]. 宋遒志,王晓光,王鑫,汪阳. 兵工学报. 2016(01)
[6]运动生物力学仿真建模软件LifeMOD和OpenSim的建模比较[J]. 戎科,钱竞光. 南京体育学院学报(自然科学版). 2015(05)
[7]人体外骨骼服技术综述[J]. 张向刚,秦开宇,石宇亮. 计算机科学. 2015(08)
[8]基于软件OpenSim的人体运动建模理论及其应用领域概述[J]. 宋和胜,钱竞光,唐潇. 医用生物力学. 2015(04)
[9]基于仿生原理的节能减振类人机器人膝关节的设计[J]. 陈兵,骆敏舟,孙少明,王美玲,王琨. 机器人. 2014(02)
[10]基于OpenSim技术的跨栏跟腱仿真分析[J]. 李琳杰,成万祥. 天津体育学院学报. 2013(06)
博士论文
[1]基于柔性传动的助力全身外骨骼机器人系统研究[D]. 陈春杰.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
硕士论文
[1]气动助力外骨骼机器人人机协同运动控制研究[D]. 陶俊.浙江大学 2018
[2]外骨骼机器人下肢增力机构设计和仿真研究[D]. 王珺.浙江大学 2016
[3]下肢外骨骼机器人的设计与研究[D]. 李雁北.北京林业大学 2015
[4]多自由度下肢外骨骼控制系统研究[D]. 刘志娟.浙江大学 2011
[5]仿生外骨骼式下肢康复机器人研究[D]. 孔祥战.河北工业大学 2011
[6]可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现[D]. 牛彬.浙江大学 2006
本文编号：3519010
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3519010.html
