負(fù)重外骨骼下肢力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、外骨骼是一種對(duì)生物柔軟器官進(jìn)行保護(hù)的堅(jiān)硬外部結(jié)構(gòu)。本文研究的是一種為人提供助行、助力的可穿戴機(jī)械裝置。外骨骼擁有機(jī)器人的高負(fù)荷能力、長時(shí)間工作能力，在軍事、康復(fù)和工程領(lǐng)域上具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文通過對(duì)人體步態(tài)分析、外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析、并通過ADAMS進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)了一款負(fù)重型下肢外骨骼。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1.通過對(duì)人體下肢結(jié)構(gòu)、自由度和運(yùn)動(dòng)范圍等進(jìn)行分析，得到了外骨骼設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

2、。對(duì)人體行走過程中的步態(tài)周期進(jìn)行詳細(xì)的分析，得出人體行走過程中關(guān)節(jié)的角度曲線和力矩曲線。
　　2.使用Solidworks對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行整體三維建模，并著重設(shè)計(jì)了髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和高度調(diào)節(jié)裝置。對(duì)各部位進(jìn)行有限元仿真分析和對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了計(jì)算，為驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　3.對(duì)外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，驗(yàn)證了不同姿態(tài)下外骨骼模型坐標(biāo)的正確性。運(yùn)用拉格朗日功能平衡法對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到外骨骼關(guān)節(jié)的力

3、矩方程。將角度CGA數(shù)據(jù)通過MATLAB擬合得出角度方程代入力矩方程，得到外骨骼在行走過程中的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩曲線。將得出的力矩曲線和人行走的力矩曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了外骨骼模型的正確性。
　　4.運(yùn)用ADAMS對(duì)外骨骼進(jìn)行仿真，得到各個(gè)關(guān)節(jié)的角度曲線和力矩曲線，與人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了外骨骼模型的正確性。搭建外骨骼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)足底進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)、整體外骨骼進(jìn)行穿戴實(shí)驗(yàn);對(duì)外骨骼穿戴舒適性、行走性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過對(duì)傳感器的反