下肢助力外骨骼機(jī)構(gòu)設(shè)計與研究.pdf

1、外骨骼研究已成為國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。外骨骼機(jī)器人能夠有效結(jié)合人類的智慧和機(jī)器人的強(qiáng)壯,讓復(fù)雜環(huán)境下的負(fù)重難題不復(fù)存在。隨著單兵作戰(zhàn)裝備重量的提高,一款適用于士兵穿戴,能有效提高士兵負(fù)重能力,且適用于各種復(fù)雜環(huán)境的外骨骼機(jī)器人具有極大的應(yīng)用前景。本論文圍繞下肢助力外骨骼的機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析、傳感系統(tǒng)設(shè)計及仿真和實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入的研究。
　　在對人體下肢運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上,本論文對下肢助

2、力外骨骼的機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和研究。根據(jù)仿生設(shè)計的方法,對外骨骼的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,并對髖關(guān)節(jié)、大腿連桿、小腿連桿等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了有限元力學(xué)分析;最后結(jié)合關(guān)節(jié)肌肉運(yùn)動機(jī)理,對外骨骼液壓驅(qū)動系統(tǒng)方案進(jìn)行了設(shè)計。
　　針對外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu),本論文對下肢助力外骨骼進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析。對外骨骼機(jī)械腿進(jìn)行 D-H建模,求解運(yùn)動學(xué)正解,采用微分變換法求雅克比矩陣。然后采用拉格朗日功能平衡法,對外骨骼進(jìn)行動力學(xué)求

3、解。
　　根據(jù)外骨骼整體結(jié)構(gòu)和控制策略,本論文對下肢助力外骨骼的傳感系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。通過分析人體足底壓力分布信息,對壓力傳感器進(jìn)行了選取和布位,并設(shè)計傳感鞋,保證采集壓力的可靠性和傳感器的安全性。選取了合適的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度傳感器,實(shí)現(xiàn)對外骨骼進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。
　　最后,本論文對下肢助力外骨骼進(jìn)行了仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究。仿真分析主要包括關(guān)節(jié)仿真和行走仿真;實(shí)驗(yàn)研究則包括穿戴舒適性試驗(yàn)、關(guān)節(jié)信息采集實(shí)驗(yàn)、步態(tài)信息采集實(shí)驗(yàn)和外骨骼關(guān)節(jié)