气动助力机械腿机构设计及实验研究

论文摘要

随着社会的发展和人民生活水平的提高,下肢障碍人群在康复训练过程中,对所使用的下肢助力装置的安全性、舒适性、柔顺性等方面的要求也越来越高。下肢助力康复训练装置作为一种具有辅助助力和医疗康复功能的机构,已经成为国际机器人领域的一个研究热点,其研究有着十分重要的现实意义。本课题所设计的气动助力机械腿,主要是针对下肢具有一定程度损伤或下肢乏力的人群而设计制作的,通过对人体髋关节、膝关节步态活动的锻炼,帮助大腿小腿屈伸肌肉力量的提高,从而达到康复人体下肢的目的。本文首先对人体步态特征及下肢助力康复训练进行了分析,在此基础上,提出了气动助力机械腿机构设计的工作方式,并通过进行运动学、动力学分析,建立了机构理论模型。以MATLAB/SIMULINK软件对人体下肢足端的不同步态的运动轨迹的模拟,来进行机构运动仿真研究。根据气动肌肉的结构特征和工作原理,进行了气动肌肉的结构设计与研制,并对其进行了基本特性的实验研究,利用实验数据进行了气动肌肉简化模型的推导计算。对气动助力机械腿机构进行机构设计,对机构重要部件尺寸关节半径进行了详细的理论分析和推导计算。研制了气动助力机械腿样机,进行了开环实验研究,实验结果与仿真结果基本一致,达到了预期效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 下肢助力装置的国内外发展情况
• 1.3 课题来源及研究的目的意义
• 1.4 课题主要工作
• 第2章 人体步态特征及下肢助力康复训练分析
• 2.1 人体步态特征
• 2.1.1 人体步态周期的划分
• 2.1.2 步态周期各时期的特点
• 2.2 下肢助力康复训练分析
• 2.2.1 下肢助力康复训练的特点分析
• 2.2.2 下肢助力康复训练的步态轨迹分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 气动肌肉的结构设计与实验研究
• 3.1 气动肌肉的组成与工作原理
• 3.1.1 气动肌肉的组成和主要参数
• 3.1.2 气动肌肉的工作原理与特点
• 3.2 气动肌肉的经济性和可靠性分析
• 3.3 气动肌肉的结构设计与制作
• 3.3.1 主体材料的选择
• 3.3.2 接头的设计
• 3.3.3 制作安装过程
• 3.4 气动肌肉特性实验研究
• 3.4.1 气动肌肉的等张特性
• 3.4.2 气动肌肉的等压特性
• 3.4.3 气动肌肉的滞环特性
• 3.5 气动肌肉简化模型
• 3.6 气动肌肉驱动关节的基本形式
• 3.7 本章小结
• 第4章 气动助力机械腿机构动力学分析
• 4.1 机构运动学与动力学分析
• 4.2 气动助力机械腿运动仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 气动助力机械腿机构设计与实验研究
• 5.1 机构总体设计
• 5.1.1 机构设计要求
• 5.1.2 机构总体设计概述
• 5.2 机构关节结构设计
• 5.2.1 机构关节半径尺寸的确定
• 5.2.2 关节整体结构
• 5.3 开环实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢