机械5

穿戴式下肢负重外骨骼机器人机构设计与动力学仿真 摘要：穿戴式负重外骨骼机器人是辅助下肢有运动障碍的患者进行站立及行走活动的康复型机器人。随着我国经济发展，对康复机器人的需求越来越多，而国内研究刚刚起步，许多技术还不够成熟，还需要不断的深入研究。本对下肢外骨骼机器人进行了国内外文献的查阅和需求分析，针对机器人的机械总体结构、外骨骼系统运动学仿真与动力学分析进行了设计。首先，由于外骨骼机器人需要适用于人体结构，因此外骨骼机器人的机械结构设计需要明确人体尺寸及下肢运动范围。根据人体下肢结构和运动特征确定机器人关节自由度，选择合适的驱动方式并设计成可调节式。其次，在机械结构设计的基础上，对外骨骼机器人进行运动学和运动特性分析。运用拉格朗日方程建立动力学模型，为机器人控制奠定基矗最后，本文采用Creo三维软件对外骨骼机器人进行运动仿真。 关键词：外骨骼机器人；可穿戴式；动力学 ABSTRACT Wearable exoskeleto
n robots are rehabilitatio
n robots that assist patie
ntswith moveme
nt disorders i
n the lower limbs to perform sta
ndi
ng a
ndwalki
ng activities. With the eco
nomic developme
nt of our cou
ntry, more a
nd more dema
nd for rehabilitatio
n robots, a
nd domestic research has just started, ma
ny tech
nologies are
not mature e
nough, but also
need co
nti
nuous i
n-depth research. I
n this paper, the literature o
n the exoskeleto
n of the exoskeleto
n of the lower extremitieswas reviewed a
nd the dema
nd a
nalysiswas carried out. The overall mecha
nical structure of the robot a
nd the ki
nematic simulatio
n a
nd dy
namic a
nalysis of the exoskeleto
n systemwere desig
ned. First of all, because the exoskeleto
n robot
needs to be suitable for the huma
n body structure, the mecha
nical structure desig
n of the exoskeleto
n robot
needs to defi
ne the huma
n body size a
nd the ra
nge of motio
n of the lower extremities. Accordi
ng to the structure a
nd motio
n characteristics of the lower limbs of the huma
n body, the degree of freedom of the joi
nts of the robot is determi
ned, a
n appropriate drivi
ng mode is selected, a
nd the adjustable mode is desig
ned. Seco
nd, based o
n the desig
n of the mecha
nical structure, the ki
nematics a
nd ki
nematics of the exoskeletal robot are a
nalyzed. Lagra
nge equatio
ns are used to establish dy
namic models a
nd lay the fou
ndatio
n for robot co
ntrol. Fi
nally, Creo three-dime
nsio
nal software is used to simulate the exoskeleto
n robot. Keywords exoskeleto
n robot;wearable; dy
namics 目录 摘要 ABSTRACT 第一章绪论 1.1研究背景及意义 1.2外骨骼机器人概述 1.3外骨骼机器人的国内外研究状况 1.3.1国内发展状况 1.3.2国外发展状况 1.4课题的研究内容 第二章穿戴式下肢外骨骼机器人设计理论及方案 2.1人体下肢骨骼生物学结构 2.2人体正常步态分析 2.3外骨骼助力机器人运动参数确定 2.4外骨骼机器人的自由度分配 2.5外骨骼机器人的总体方案设计 2.6本章小结 第三章外骨骼机器人结构设计 3.1外骨骼机器人结构组成 3.2髋关节的结构设计 3.3膝关节的结构设计 3.4踝关节的结构设计 3.5外骨骼机器人驱动方式选择 3.6本章小结 第四章外骨骼机器人Creo仿真分析 4.1 Creo仿真软件概述 4.2运动仿真分析 4.3踝关节有限元分析 4.4膝关节有限元分析 4.5本章小结 第五章结论 参考文献 致谢 附录