空间机构论文：下肢助力机械腿空间力系机构研究

1、下肢助力机械腿空间力系机构【中文摘要】外骨骼机器人是一个将人与机器相结合基于人工智能控制的综合机械系统，可以为医疗、工业和军事等多个领域提供助力功能。为了研究兼顾稳定性与灵活性的下肢助力机械腿结构形式提咼机械腿的承载能力，在中国国家教育部博士点基金(20100074110005)和教育部国防科研专项经费资助计划(20108824)资助下,本课题开展了下肢助力机械腿的空间机构与力系的基础分析研究。基于D-H方法对不同平面不同姿态下的机械腿空间机构建立了运动学方程，结合人体工程学确定了腰带结构参数的最优范围。对机械腿自由度布置进行优化，在欠驱动髋关节添加了反力矩机构，改善了下肢助力机械腿的受力结构

2、。使用快速成型技术制作了工程塑料结构样机,使机械结构总重量减轻了52.1%。样机试验结果表明：机械腿结构形式紧凑，力学性能良好，满足支撑稳定性和运动灵活性要求符合人体运动学规律。【英文摘要】Anexoskeletonrobotisaninregratedmechanismssystemthatbasedonartificialintelligeneecontrolbycombininghumanandrobot,whichcanofferpowerassistantusedinmedicaltreatment,industrialandmilitaryaffairs.Inordertostud

3、yboththestabilityandflexibilitythatthelowerassistantroboticlegspossesed,andincreasethecarryingability,thispapercarriedoutaresearchonspatialmechanismsandforcesoflowerassistantroboticlegsunderthesupportbyDoctorFundofMinistryofEducationofChina(20100074110005)andNationalDefenseScientificResearchSpecialF

4、undProgramofMinistryofEducationofChina(20108824).ThekinematicsequationswerebuiltwithDenavit-Hartenbergmethodfordifferentspatialmechanisms.Anoptimalrangeofbeltstructurewaschosenbasedonergonomics.Thefreedomsofroboticlegswereoptimizedandanti-torquemechanismsweredesignedtoimprovetheforcestructureofrobot

5、iclegs.Aprototypewasbuiltbyrapidprototypingtechnology,andthetotalweightofthemechanicalstructurewasdecreasedby52.1%.Theresultsshowedthat:thenewlowerassistantroboticlegsarecompactandhavegoodmechanicalproperties.Theyhavebothgoodstabilityandflexibility,andcomplywiththekinematiclawsofhumanbody.【关键词】空间机构空

6、间力系助力机械腿机构优化快速成型【英文关键词】SpatialMechanismSpatialForceAssistantLegMechanismOptimizationRapidPrototyping【目录】下肢助力机械腿空间力系机构研究摘要5-6Abstract6第1章绪论10-211.1课题背景及意义10-111.2国内外研究概述11-191.2.1机器人发展历史概述11-12122国外下肢外骨骼发展概述12-17123国内下肢外骨骼发展概述17-181.2.4下肢外骨骼关键技术分析18- 191.3课题研究内容19-201.3.1课题来源19- 201.3.2课题内容201.4本章小结2

7、0-21第2章下肢助力机械腿仿生构型设计研究21-422.1引言212.2人体解剖学构型21-302.2.1人体解剖学概述21-272.2.2人体测量学27-282.2.3人体工作空间28-302.3典型样机构型30-342.3.1加州大学伯克利分校下肢外骨骼30-322.3.2麻省理工学院下肢外骨骼32-332.3.3典型样机构型对比分析33-342.4下肢助力机械腿整体设计34-372.4.1自由度重构与构型选择34-362.4.2整体构型与布置36-372.5快速成型技术37-402.5.1快速原型382.5.2快速模具38-392.5.3材料成型39-402.6碳纤维缠绕液压缸40-412.7本章小结41-42第3章下肢助力机械腿空间机构分析研究42-563.1引言423.2髋关节自由度锁死分析42-433.3冠状面空间机构分析43-543.3.1摆动腿外摆机构分析43-483.3.2摆动腿内摆机构分析48-513.3.3支撑腿外摆机构分析51-523.3.4支撑腿内摆机构分析52-533.3.5冠状面机构优化分析53-543.4矢状面空间机构分析54-553.5本章小结55-56第4章下肢助力机