可穿戴式助力型外骨骼特征動(dòng)作力學(xué)特征研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)于自身運(yùn)動(dòng)性能的要求也越來(lái)越高，而外骨骼機(jī)器人便是能夠滿(mǎn)足這一要求的產(chǎn)物。外骨骼能夠很好的解決復(fù)雜地形或者工作環(huán)境下單個(gè)人員負(fù)載增加的需求和人體自身肌能之間的矛盾?？纱┐魇酵夤趋赖乃枷胫灰鞘艿絼?dòng)物界具有保護(hù)外殼的動(dòng)物的啟發(fā)。外骨骼在許多領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用前景，如在軍事領(lǐng)域可在復(fù)雜地形下進(jìn)行單兵作戰(zhàn)，在倉(cāng)庫(kù)中可以輔助公認(rèn)進(jìn)行貨物搬運(yùn)，在醫(yī)療領(lǐng)域可以輔助下肢康復(fù)等。隨著多年的研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出了一批可以

2、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的外骨骼樣機(jī)，但是外骨骼并沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模的推廣，是因?yàn)閯?dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)的續(xù)航和控制系統(tǒng)方面的研究還需要加強(qiáng)。
　　論文以西南交通大學(xué)研制的第三代可穿戴式外骨骼實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為研究對(duì)象，選取雙膝蹲-起立動(dòng)作為特征動(dòng)作，用牛頓-歐拉法對(duì)外骨骼及人體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和仿真，具體研究如下:
　　(1)根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，選取雙膝蹲-起立動(dòng)作為特征動(dòng)作，并對(duì)特征動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。對(duì)特征動(dòng)作建立動(dòng)力學(xué)模型，選取特征

3、數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行力學(xué)特征分析與計(jì)算。在MATLAB軟件中將計(jì)算過(guò)程求解，并對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)處不同負(fù)重下所需驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行仿真，最后得到了各個(gè)關(guān)節(jié)處力矩變化特征曲線(xiàn)。
　　(2)根據(jù)控制變量法，將影響外骨骼力學(xué)特征的因素進(jìn)行分析，具體設(shè)計(jì)了外骨骼實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)外骨骼進(jìn)行單機(jī)版和人機(jī)偕行實(shí)驗(yàn)，其中單機(jī)版又分為靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果中選取具有代表性的膝關(guān)節(jié)處力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在MATLAB中進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，與以上理論計(jì)算的仿真