下肢外骨骼助力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真優(yōu)化分析.pdf

1、下肢外骨骼助力系統(tǒng)是一套可穿戴式機(jī)器人，通過(guò)安裝在人體運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器來(lái)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)信息，進(jìn)而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，使其能夠協(xié)助無(wú)法順利行走的人恢復(fù)行走的能力。本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人是一種模仿人體行走的仿生機(jī)器人，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)擬人化思想能夠使外骨骼機(jī)器人的下肢與人體下肢有機(jī)的融合，使其擁有人體行走的特點(diǎn)和相似的生理結(jié)構(gòu)。
　　本研究課題綜合了國(guó)內(nèi)外的研究背景及未來(lái)的發(fā)展方向，通過(guò)調(diào)研現(xiàn)有的幾款下肢外骨骼機(jī)器人，進(jìn)行綜合比較分析，確立

2、了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括下肢外骨骼的整體模型和控制方案。本課題所設(shè)計(jì)的兩款外骨骼機(jī)器人，其中一款相比較現(xiàn)有的具有助行減壓的功能。另一款具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能齊全，易于穿戴的特點(diǎn)。兩款外骨骼機(jī)器人在功能上都能滿足設(shè)計(jì)要求。
　　論文首先分析和討論了人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理及外骨骼結(jié)構(gòu)形態(tài)，結(jié)合機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，確定外骨骼自由度以及其整體方案的構(gòu)型。然后，確定外骨骼機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置，然后分析整體方案的可行性。
　　其次在三維

3、建模軟件Pro/E中建立下肢外骨骼機(jī)器人零件的三維模型。然后再導(dǎo)入仿真軟件ADAMS中建立下肢外骨骼機(jī)器人樣機(jī)模型。利用仿真軟件對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真可以得到相關(guān)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)軌跡。然后利用Simulink軟件分析外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)繼而提出控制方案。通過(guò)仿真分析結(jié)果可以優(yōu)化約束位置，最大限度的減少人機(jī)干涉和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體布置，為下肢外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　最后，將三維模型導(dǎo)入ANSYS靜力學(xué)分析軟