下肢外骨骼机器人结构设计与稳定性研究
发布时间：2021-12-23 21:17
随着科学技术的迅速发展,人们生活水平的不断提高,外骨骼作为一种旨在将人的智能与机器的力量相结合的一种设备,受到越来越多的国家、企业和科学工作者的关注。在外骨骼技术中下肢外骨骼机器人因在军事、医疗和民用等诸多领域显示着巨大应用前景发展尤其迅速。尽管当下国外的下肢外骨骼机器人在市场已有销售的产品,国内的下肢外骨骼仍主要处于实验室研究阶段,但国内外的下肢外骨骼仍普遍存在机械结构、运动意图识别和稳定行走等诸多问题。本文旨在设计一款下肢外骨骼机器人,用于辅助下肢正常但力量减弱的人群,如辅助老人行走。为此对国内外现有研究成果进行了充分调研,分析了当前主流下肢外骨骼系统组成与工作原理,研究了人体躯体组成和下肢运动机理,在完成上述工作后确立了外骨骼机械结构设计的总体方案并利用SOLIDWORKS建立三维模型。考虑到结构的安全性,对所设计结构进行有限元分析,校核结构的强度与刚度。为了保证外骨骼能够实现行走,对外骨骼的运动学进行了分析,并利用MATLAB Robotics验证了正确性。针对下肢外骨骼中存在人机稳定行走问题,对应用最为广泛的ZMP理论进行了研究,定性证明了 ZMP理论仅是静态稳定性和动态瞬时...
【文章来源】： 山东科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 下肢外骨骼机器人研究现状
1.3 国内外现状总结
1.4 本文主要研究工作
2 下肢外骨骼机器人机械结构设计
2.1 下肢外骨骼机器人系统组成
2.2 下肢外骨机器人系统工作原理
2.3 人体躯干组成与下肢运动机理
2.4 下肢外骨骼机器人机械结构设计
2.5 机械结构有限元仿真分析
2.6 本章小结
3 下肢外骨骼机器人运动学分析与仿真验证
3.1 下肢外骨骼机器人运动学分析
3.2 基于MATLAB Robotics运动学仿真
3.3 本章小结
4 下肢外骨骼机器人稳定行走研究
4.1 稳定性判据ZMP理论
4.2 基于ZMP的动态连续稳定性判据
4.3 本章小结
5 下肢外骨骼机器人动力学分析与仿真研究
5.1 动力学分析
5.2 基于ADAMS人机耦合动力学仿真分析
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究内容展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]外骨骼机器人设计及其机械结构的有限元分析 [J]. 赵彦峻,葛文庆,刘小龙,王滢,张万青. 机床与液压. 2016(03)
[2]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)
[3]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)
[4]人体下肢外骨骼机器人的研究进展 [J]. 林宏衡,夏虹,王建华,周民伟. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2011(03)
[5]一种用于肢体残障功能重建仿生机械辅助器有望2011年投放应用 [J]. 宁桦. 中国矫形外科杂志. 2010(23)
[6]人体下肢外骨骼机器人的发展及关键技术分析 [J]. 柯显信,陈玉亮,唐文彬. 机器人技术与应用. 2009(06)
[7]可穿戴的机器人——外骨骼机器人最新发展 [J]. 杨晓红. 轻兵器. 2009(08)
[8]基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究 [J]. 孙建,余永,葛运建,陈峰,沈煌焕. 中国科学技术大学学报. 2008(12)
[9]机器腿套装，帮人代步 [J]. 赵萱. 科学大观园. 2008(24)
[10]人体下肢外骨骼设计与仿真分析 [J]. 赵彦峻,徐诚. 系统仿真学报. 2008(17)
博士论文
[1]下肢外骨骼的动力学分析与运动规划[D]. 贾山.东南大学. 2016
[2]双足机器人拟人步态规划与稳定性研究[D]. 俞志伟.哈尔滨工程大学. 2008
硕士论文
[1]主被动结合式下肢助力外骨骼机器人研制[D]. 马舜.哈尔滨工业大学. 2017
[2]基于有限元方法的下肢外骨骼结构优化设计[D]. 唐逵.电子科技大学. 2017
[3]基于足底压力的人机耦合系统稳定性分析算法研究[D]. 王海俊.电子科技大学. 2016
[4]下肢助力外骨骼机器人设计与研究[D]. 逄学伟.合肥工业大学. 2016
[5]下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究[D]. 麻天照.电子科技大学. 2015
[6]下肢外骨骼机器人系统建模与仿真实验研究[D]. 崔谨想.哈尔滨工业大学. 2014
[7]可穿戴下肢外骨骼康复机器人机械设计与研究[D]. 王强.电子科技大学. 2014
[8]基于虚拟样机技术的PRMI外骨骼机器人步态仿真研究[D]. 黄瑞.电子科技大学. 2013
[9]下肢外骨骼机器人跟随系统的研究[D]. 柴虎.南方医科大学. 2013
[10]下肢助力外骨骼机构设计与研究[D]. 蒋靖.哈尔滨工业大学. 2012
本文编号：3549205
【文章来源】： 山东科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 下肢外骨骼机器人研究现状
1.3 国内外现状总结
1.4 本文主要研究工作
2 下肢外骨骼机器人机械结构设计
2.1 下肢外骨骼机器人系统组成
2.2 下肢外骨机器人系统工作原理
2.3 人体躯干组成与下肢运动机理
2.4 下肢外骨骼机器人机械结构设计
2.5 机械结构有限元仿真分析
2.6 本章小结
3 下肢外骨骼机器人运动学分析与仿真验证
3.1 下肢外骨骼机器人运动学分析
3.2 基于MATLAB Robotics运动学仿真
3.3 本章小结
4 下肢外骨骼机器人稳定行走研究
4.1 稳定性判据ZMP理论
4.2 基于ZMP的动态连续稳定性判据
4.3 本章小结
5 下肢外骨骼机器人动力学分析与仿真研究
5.1 动力学分析
5.2 基于ADAMS人机耦合动力学仿真分析
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究内容展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]外骨骼机器人设计及其机械结构的有限元分析 [J]. 赵彦峻,葛文庆,刘小龙,王滢,张万青. 机床与液压. 2016(03)
[2]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)
[3]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)
[4]人体下肢外骨骼机器人的研究进展 [J]. 林宏衡,夏虹,王建华,周民伟. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2011(03)
[5]一种用于肢体残障功能重建仿生机械辅助器有望2011年投放应用 [J]. 宁桦. 中国矫形外科杂志. 2010(23)
[6]人体下肢外骨骼机器人的发展及关键技术分析 [J]. 柯显信,陈玉亮,唐文彬. 机器人技术与应用. 2009(06)
[7]可穿戴的机器人——外骨骼机器人最新发展 [J]. 杨晓红. 轻兵器. 2009(08)
[8]基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究 [J]. 孙建,余永,葛运建,陈峰,沈煌焕. 中国科学技术大学学报. 2008(12)
[9]机器腿套装，帮人代步 [J]. 赵萱. 科学大观园. 2008(24)
[10]人体下肢外骨骼设计与仿真分析 [J]. 赵彦峻,徐诚. 系统仿真学报. 2008(17)
博士论文
[1]下肢外骨骼的动力学分析与运动规划[D]. 贾山.东南大学. 2016
[2]双足机器人拟人步态规划与稳定性研究[D]. 俞志伟.哈尔滨工程大学. 2008
硕士论文
[1]主被动结合式下肢助力外骨骼机器人研制[D]. 马舜.哈尔滨工业大学. 2017
[2]基于有限元方法的下肢外骨骼结构优化设计[D]. 唐逵.电子科技大学. 2017
[3]基于足底压力的人机耦合系统稳定性分析算法研究[D]. 王海俊.电子科技大学. 2016
[4]下肢助力外骨骼机器人设计与研究[D]. 逄学伟.合肥工业大学. 2016
[5]下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究[D]. 麻天照.电子科技大学. 2015
[6]下肢外骨骼机器人系统建模与仿真实验研究[D]. 崔谨想.哈尔滨工业大学. 2014
[7]可穿戴下肢外骨骼康复机器人机械设计与研究[D]. 王强.电子科技大学. 2014
[8]基于虚拟样机技术的PRMI外骨骼机器人步态仿真研究[D]. 黄瑞.电子科技大学. 2013
[9]下肢外骨骼机器人跟随系统的研究[D]. 柴虎.南方医科大学. 2013
[10]下肢助力外骨骼机构设计与研究[D]. 蒋靖.哈尔滨工业大学. 2012
本文编号：3549205
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