一种液压驱动上肢外骨骼机器人设计

论文摘要

外骨骼机器人,通常包括助力型外骨骼机器人和医疗康复型外骨骼机器人,是一种能穿在人身上,提供额外的动力的机械装备,可以跟随人体运动,并承担主要负荷,增强人体机能。外骨骼机器人技术是机器人研究领域的一个重要的分支和方向。外骨骼机器人的研发起步较早但发展缓慢,至今仍处于探索阶段,还没有得到推广和应用。按穿戴部位的不同可将外骨骼机器人分为上肢、下肢和全身外骨骼机器人,本文主要对上肢外骨骼机器人进行研究,设计了一种由液压驱动、钢丝绳传动的上肢外骨骼机器人。为了达到康复训练和助力两种功能,全文进行了如下的研究工作:1.调研了外骨骼机器人的发展历程和国内为研究现状,总结出当前在研发上肢外骨骼机器人方面的技术难点。2.根据设计要求,参考人体上肢运动机理,提出外骨骼机器人的设计方案,采用拟人化设计思想设计出上肢外骨骼机器人的整体机械结构,并对该结构进行运动学、动力学分析。3.对上肢外骨骼机器人的液压系统进行了设计与分析。总结出液压技术在外骨骼机器人领域的应用前景,设计了液压系统的控制回路,对关键液压元件进行选取和设计。4.完成了上肢外骨骼机器人的样机研制及其试验系统的搭建。5.为实现康复训练和助力两项功能,研究出位置伺服控制和力伺服控制两种控制方法,并制作了控制软件,进行了试验分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 外骨骼机器人研究概况
• 1.2.1 外骨骼机器人发展历程
• 1.2.2 外骨骼机器人国内外研究现状
• 1.3 上肢外骨骼机器人技术难点分析
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 上肢外骨骼机器人设计要求与方案
• 2.1 上肢外骨骼机器人设计要求
• 2.1.1 上肢外骨骼机器人功能和性能指标要求
• 2.1.2 上肢外骨骼机器人设计原则
• 2.2 人体上肢运动机理分析
• 2.2.1 人体上肢基本参数
• 2.2.2 人体上肢的结构和运动特点
• 2.2.3 人体上肢自由度分析
• 2.3 上肢外骨骼机器人的基本组成
• 2.4 上肢外骨骼机器人设计方案
• 2.4.1 驱动系统
• 2.4.2 传动系统
• 2.4.3 感知系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 上肢外骨骼机器人结构设计与分析
• 3.1 上肢外骨骼机器人机械结构设计
• 3.1.1 上肢外骨骼机器人结构
• 3.1.2 关键零部件参数选取
• 3.2 上肢外骨骼机器人运动学分析
• 3.2.1 上肢外骨骼的D-H方法描述
• 3.2.2 运动学正解与逆解
• 3.2.3 末端执行器可达范围分析
• 3.3 上肢外骨骼机器人动力学仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 上肢外骨骼机器人液压系统设计与分析
• 4.1 液压技术在外骨骼机器人领域的应用前景
• 4.2 上肢外骨骼机器人液压系统设计
• 4.2.1 液压系统设计要求
• 4.2.2 液压系统原理设计
• 4.3 液压元件选取及设计
• 4.3.1 液压缸设计
• 4.3.2 泵站
• 4.3.3 伺服阀
• 4.3.4 液压集成块设计
• 4.3.5 管路的选择
• 4.4 本章小结
• 第五章 上肢外骨骼机器人样机研制与试验
• 5.1 上肢外骨骼机器人样机及其试验系统
• 5.2 上肢外骨骼机器人控制原理及其硬件组成
• 5.2.1 位置伺服控制原理
• 5.2.2 力伺服控制原理
• 5.2.3 上肢外骨骼机器人硬件组成
• 5.3 上肢外骨骼机器人控制软件
• 5.3.1 位置伺服控制软件
• 5.3.2 力伺服控制软件
• 5.4 试验分析
• 5.4.1 位置伺服控制试验与分析
• 5.4.2 力伺服控制试验与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果