膝关节助力外骨骼仿生机构设计.doc

摘要:近20年来，外骨骼机器人作为一种能够增强人类生理机能的装备在民用、医疗、军事领域发展迅速，但针对康复养老领域的外骨骼较少且成本高昂，本文针对这一现状，着重研究了一种能够辅助偏瘫后遗症患者、腰间盘突出者、膝关节意外受伤者、老年下肢肌力弱者及膝关节功能弱化者等人群完成蹲起及坐起等动作的膝关节助力外骨骼仿生机构，这对改善上述目标人群日常生活具有重要意义。通过对人体下肢膝关节运动规律的理论分析与计算，确定了膝关节外骨骼的整体机构，其由关节连杆结构、驱动机构及储能执行机构等部分组成。重点计算了膝关节外骨骼的瞬心，分析了机构整体性能并进行了仿真研究。所设计的膝关节助力外骨骼基于人体仿生学，符合人体膝关节运动特性，结构简单，无需外部动力源、无需电动或液压驱动装置便可实现助力。

关键词：下肢外骨骼；膝关节；助力机构；瞬心曲线

目录

摘要

Abstract

前言-3

1-绪论-3

1.1-概念界定-3

1.1.1-人体外骨骼定义-3

1.1.2-人体外骨骼分类-3

1.2-下肢助力型外骨骼国内外的研究状况-4

1.2.1-国外研究状况-4

1.2.2-国内研究状况-6

1.3-小结-8

1.4-选题提出-8

1.5-本文主要内容及章节安排-8

2-膝关节结构设计及优化-10

2.1-膝关节结构设计-10

2.1.1-确定结构形式-10

2.1.2-膝关节的结构参数-11

2.2-膝关节结构优化-12

2.2.1-瞬心轨迹曲线计算-12

2.2.2-运动学仿真分析-13

2.2.3-稳定性与灵活性评价-14

3-驱动机构设计及优化-15

3.1-驱动元件设计-15

3.1.1-驱动形式选择-15

3.1.2-驱动元件相关概念-15

3.1.3-驱动元件原理分析-15

3.1.4-确定元件选用种类-17

3.1.5-确定助力实现形式及选型标准-17

3.2-驱动支点结构设计-18

3.3-驱动机构仿真优化-19

4-储能执行机构设计及优化-20

4.1-储能执行机构设计-20

4.1.1-储能执行机构附件设计-20

4.1.2-储能执行机构驱动件设计选型-20

4.2-储能执行机构仿真优化-21

结论-22

参考文献-23

致谢-25

附录-26