人體下肢動(dòng)力外骨骼模型的研究.pdf

1、人體動(dòng)力外骨骼是涉及機(jī)械設(shè)計(jì)制造、機(jī)電一體化、驅(qū)動(dòng)、傳感器、自動(dòng)化控制、人工智能、人機(jī)工程學(xué)等多學(xué)科的綜合技術(shù)。本課題針對(duì)日益加重的人口老齡化問題，采用動(dòng)力外骨骼技術(shù)，提出用于輔助老年人生活的一種服務(wù)型機(jī)器人—人體下肢動(dòng)力外骨骼，該裝置具有輔助增力功能，能夠幫助老年人行走及上下樓梯等工作，也可以幫助殘障病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。論文的主要研究內(nèi)容包括外骨骼的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)聯(lián)合建模及仿真研究等，具體如下：
　

2、　1)人體下肢生理特性分析
　　通過研究人體下肢的生理結(jié)構(gòu)、空間坐標(biāo)系下關(guān)節(jié)的自由度、步態(tài)的特征參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定出人體下肢運(yùn)動(dòng)的自由度，根據(jù)步態(tài)特征把步態(tài)周期分為擺動(dòng)相和支撐相。
　　2)下肢外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化
　　基于外骨骼與人體的耦合特性，設(shè)計(jì)出了符合人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理的外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)，分別對(duì)外骨骼組成系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件運(yùn)用Workbench進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化和多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化，并重新設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模型，并在不同的工況下分

3、別對(duì)外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析檢驗(yàn)。
　　3)下肢外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)研究
　　分別使用運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題研究方法、位姿變換等理論計(jì)算方法和仿真試驗(yàn)方法對(duì)下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行分析和計(jì)算，運(yùn)用D-H運(yùn)動(dòng)模型建立了空間坐標(biāo)下下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，在ADAMS仿真軟件環(huán)境中對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了仿真計(jì)算，并求解出下肢外骨骼各運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。
　　4)下肢外骨骼動(dòng)力學(xué)研究
　　用Newton-Euler法分別對(duì)單腿支