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153

作者：

孙召成

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摘要：

下肢外骨骼助力系统是一套可穿戴式机器人,通过安装在人体运动节点的传感器来检测人体运动信息,进而控制机器人的运动,使其能够协助无法顺利行走的人恢复行走的能力。本课题所设计的机器人是一种模仿人体行走的仿生机器人,在设计过程中通过拟人化思想能够使外骨骼机器人的下肢与人体下肢有机的融合,使其拥有人体行走的特点和相似的生理结构。本研究课题综合了国内外的研究背景及未来的发展方向,通过调研现有的几款下肢外骨骼机器人,进行综合比较分析,确立了该系统的设计方案,包括下肢外骨骼的整体模型和控制方案。本课题所设计的两款外骨骼机器人,其中一款相比较现有的具有助行减压的功能。另一款具备结构简单,功能齐全,易于穿戴的特点。两款外骨骼机器人在功能上都能满足设计要求。论文首先分析和讨论了人体运动机理及外骨骼结构形态,结合机器人的设计要求,确定外骨骼自由度以及其整体方案的构型。然后,确定外骨骼机器人的驱动机构,以及驱动机构的布置,然后分析整体方案的可行性。其次在三维建模软件Pro/E中建立下肢外骨骼机器人零件的三维模型。然后再导入仿真软件ADAMS中建立下肢外骨骼机器人样机模型。利用仿真软件对该机构进行仿真,通过仿真可以得到相关节点的驱动力参数及运动轨迹。然后利用Simulink软件分析外骨骼机器人的运动姿态继而提出控制方案。通过仿真分析结果可以优化约束位置,最大限度的减少人机干涉和优化驱动机构的整体布置,为下肢外骨骼机器人设计打下坚实的基础。最后,将三维模型导入ANSYS静力学分析软件,对整体外骨骼结构尺寸参数进行优化,通过优化材料的选取,以及尺寸参数的优化,最大程度的减轻整体重量。能够更好的使外骨骼与人体高效有机的融合,提高整体运动的协调性。也为下一步对外骨骼机器人进行深入的研究打下理论基础。

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关键词：

外骨骼 步态分析 结构设计 仿真研究 参数优化

学位级别：

硕士

学位年度：

2015

DOI：

10.7666/d.Y2773933

被引量：

5