人体负重下肢助力机械外骨骼结构设计及运动分析

发布时间：2023-03-31 07:53

　　下肢助力机械外骨骼是一种通过穿戴于人体下肢外侧将人体与机械并联在一起的人机一体化智能机械装置,它在像人体骨骼一样对人体起到支撑和保护作用的同时,也可以辅助人体下肢进行运动,它是机械、材料、传感器、人工智能等多个领域新技术的结合。下肢助力机械外骨骼主要用于为人体步行提供助力,缓解人体大负重行走状态下的疲劳感。与传统的运载机械相比它具有更高的灵活性,能够适应复杂环境,工作范围更广阔。本文的研究目的是设计一种适用于在人体负重作业状态下,为人体下肢提供助力的下肢助力机械外骨骼,其结构需要兼备舒适性与灵活性。为实现该目标,本文主要从结构设计、运动学及动力学分析、仿真和实验三个方面对下肢助力机械外骨骼展开了相关研究。在对其进行结构设计的过程中,本文首先参照人体下肢各关节的骨骼结构和人体尺寸参数信息,对机构进行了拟人化的设计,确定了主、被动关节以及各关节的自由度及转动范围、机构尺寸调节范围,使用SolidWorks建立了下肢机械外骨骼的三维模型,并对不同状态下的机构受力情况进行了静力学特性分析。在对其进行运动学及动力学分析的过程中,本文首先从人体步态分析角度出发,对机构进行了正运动学和逆运动学的求解...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题研究的背景及意义
        1.2.1 课题研究的背景
        1.2.2 课题研究的意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 下肢机械外骨骼结构设计与受力分析
    2.1 人体下肢生理结构及关节运动特性分析
        2.1.1 人体下肢生理结构分析
        2.1.2 人体下肢关节运动特性
    2.2 人体下肢机械外骨骼总体结构设计
        2.2.1 下肢机械外骨骼设计原则
        2.2.2 下肢机械外骨骼材料选择
        2.2.3 下肢机械外骨骼总体结构
    2.3 下肢机械外骨骼各关节结构设计
        2.3.1 髋关节结构设计
        2.3.2 膝关节结构设计
        2.3.3 踝关节结构设计
    2.4 下肢机械外骨骼其他部件结构设计
    2.5 下肢机械外骨骼各关节受力分析
        2.5.1 人体下肢各关节力学分析
        2.5.2 下肢机械外骨骼静力学分析
    2.6 本章小结
第三章 下肢机械外骨骼运动学模型的建立与仿真分析
    3.1 人体下肢步态分析
    3.2 人体下肢运动学模型的建立
    3.3 基于Matlab/simulink的运动学模型验证
        3.3.1 建立simulink运动学模型
        3.3.2 仿真数据采集
        3.3.3 建立系统仿真模型并验证
    3.4 基于SolidWorks/motion的动态仿真
    3.5 本章小结
第四章 下肢机械外骨骼动力学模型的建立与仿真分析
    4.1 基于牛顿-欧拉公式的动力学分析
    4.2 动力学仿真模型的建立
        4.2.1 在motion中导入模型并设置
        4.2.2 添加驱动函数
        4.2.3 调节参数与定义载荷
    4.3 下肢机械外骨骼动力学仿真与分析
    4.4 建立SolidWorks-Matlab联合仿真平台
    4.5 本章小结
第五章 下肢机械外骨骼的实验研究与分析
    5.1 实验平台的搭建
        5.1.1 运动控制原理
        5.1.2 平台控制系统搭建
    5.2 人体穿戴测试实验
        5.2.0 实验系统总体构成
        5.2.1 穿戴舒适性实验
        5.2.2 助力性能实验
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢



本文编号：3775456