检索结果-南通市图书馆

作者：温嘉懿盐城工学院

学位级别：硕士

在神经系统疾病导致的偏瘫症状背景下,康复外骨骼的使用可以降低治疗成本,减轻康复师的工作压力,然而现有康复外骨骼存在体积大,重量大等缺点,不适宜在家庭环境下进行康复训练,无法满足患者出院后居家康复治疗的需求,本文通过开发轻量... 详细信息

在神经系统疾病导致的偏瘫症状背景下,康复外骨骼的使用可以降低治疗成本,减轻康复师的工作压力,然而现有康复外骨骼存在体积大,重量大等缺点,不适宜在家庭环境下进行康复训练,无法满足患者出院后居家康复治疗的需求,本文通过开发轻量化上肢康复外骨骼技术,旨在为居家康复的偏瘫患者提供有效的支持手段。研究聚焦于外骨骼技术的创新应用,尤其关注上肢康复的轻量化设计、动力学建模、控制算法及传感器技术,以期达到便捷且有效的康复效果。核心创新之一是采用可以检测鲍登线内部摩擦的闭环线驱鲍登线技术,实现末端无传感器的精确力矩控制,这一设计在确保外骨骼轻量化的同时,显著减少了柔性外骨骼在输出力矩方面的误差。本研究的关键工作包括:(1)针对肩关节和肘关节的解剖结构及其运动特性,设计了一种基于鲍登线传动的轻量化结构,采用摆线轴套针轮减速器,降低了外骨骼的整体惯量,同时满足大扭矩和高反驱能力的需求。(2)通过牛顿-欧拉迭代法进行动力学建模,解析外骨骼在不同状态下的力学响应。为解决鲍登线传动过程中的动态摩擦阻力,提出了一种基于光强衰减原理和库伦摩擦定律的动态摩擦补偿器,实现末端无传感器的精确力矩控制,减小了末端执行器的体积与重量。构建了一套可重构的多模态控制器,实现外骨骼在改变物理状态后仍能精确控制,提高了外骨骼的适应性。(3)基于光强衰减原理,研发了一种抗干扰能力强的光波导肌肉力传感器,结合可变刚度外骨骼绑缚系统,实现了一套无需黏贴电极、定制化的肌肉力检测方案,能够精确捕捉患者行为意图。通过以上研究,本文研制的外骨骼装置本体重量仅为1.91kg,降低了穿戴者在使用过程中的肌肉激活度,穿戴后平均肌肉激活度降低了17%,最大平均肌肉激活度降低了35.15%。这一成果为居家医疗康复领域的外骨骼应用提供了技术支持,还可以广泛应用于工业生产、搬运物流等其他领域。

关键词：轻量化外骨骼鲍登线摩擦补偿光波导变刚度

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分体式模块化绳驱动仿人臂设计与运动控制

分体式模块化绳驱动仿人臂设计与运动控制

作者：王斌广东工业大学

学位级别：硕士

绳驱动仿人臂相比传统工业机械臂,其负载-自重比较高,柔顺性较好,在迎宾、教育、医疗等方面具有广泛的应用前景。为了实现手臂轻量化和关节模块化,要求将驱动单元布置在基座,并且各关节需为独立的机电系统。而同时满足模块化和驱动单元... 详细信息

绳驱动仿人臂相比传统工业机械臂,其负载-自重比较高,柔顺性较好,在迎宾、教育、医疗等方面具有广泛的应用前景。为了实现手臂轻量化和关节模块化,要求将驱动单元布置在基座,并且各关节需为独立的机电系统。而同时满足模块化和驱动单元后置对绳驱动机械臂来说是一项难点。为此,本文提出了一种利用鲍登线将驱动单元和关节机构分开布置的分体式模块化绳驱动仿人臂,使其同时具有轻量化和模块化特点,并对其关节机构、运动学等进行了深入研究。本文的主要内容包括:基于反平行四边形机构和鲍登线设计了分体式模块化绳驱动关节。分析了反平行四边形机构原理,分析和比较了反平行四边形机构和纯圆滚动机构的运动性能;基于反平行四边形机构提出了一种新型一自由度肘部关节,并扩展到空间设计出三自由度的腕部和肩部关节;采用鲍登线作为驱动单元与关节机构之间的力与运动的传动机构,实现了关节模块化和驱动机构后置的要求。进行了绳驱动仿人臂正逆运动学研究。基于指数积方法对具有非定轴转动的反平行四边形机构正运动学求解,解决了一自由度的反平行四边形机构具有两个转动轴而造成的变换矩阵复杂化问题;提出了基于牛顿-拉普森方法的二次迭代逆运动学求解算法,解决了一次迭代无法满足反平行四边形机构两个转动轴转角相等的问题。进行了绳驱动仿人臂轨迹规划研究。研究了已知起始点、中间点和终止点的情况下建立仿人臂直线插补和圆弧插补轨迹方程、求解插补点位置的算法。利用四元数球面线性插值方法对姿态进行插补,实现了插补姿态的平滑变化。将插值点作为逆运动学求解的期望值,实现机器人末端执行器沿插补轨迹运动。绳驱动仿人臂样机研制及实验验证。研发了一套绳驱动仿人臂样机及其软硬件系统;对仿人臂本体制作和硬件选型等方面进行了详细介绍;对上位机系统功能做了简要概述。基于仿人臂样机开展了装配速度、关节性能、典型迎宾动作、负载、关节刚度、重复性精度等实验测试,验证了手臂的各项性能,符合仿人臂的使用性能要求。本文所提出的分体式模块化绳驱动仿人臂设计与控制方法,有望应用于仿人迎宾机器人的双臂,对推动仿人服务机器人的发展具有重要意义。

关键词：模块化机械臂反平行四边形机构鲍登线仿人臂轨迹规划

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柔性可穿戴助力行走套装的设计与制备

柔性可穿戴助力行走套装的设计与制备

作者：王子帅天津工业大学

学位级别：硕士

目前柔性外骨骼在军民领域和医疗康复领域具备广阔的应用空间,能使人们生活更加方便。柔性可穿戴助力行走套装来源于柔性外骨骼,是柔性外骨骼的外部框架,如果在套装上辅以电机、编码器、传感器及电池等部件,则可辅助人体行走。本文从点... 详细信息

目前柔性外骨骼在军民领域和医疗康复领域具备广阔的应用空间,能使人们生活更加方便。柔性可穿戴助力行走套装来源于柔性外骨骼,是柔性外骨骼的外部框架,如果在套装上辅以电机、编码器、传感器及电池等部件,则可辅助人体行走。本文从点位优化、面料性能、鲍登线摩擦系数、仿生关节执行器设计、结构设计、套装制备与评价这六个方面进行研究,主要内容如下:针对大腿固定点位于膝盖上方会压迫阻碍髌骨的难题,建立了极坐标系将下肢膝关节参数化,设计了单因素试验及响应面Box-Behnken试验,结果表明:最佳位置组合为极径8 cm,极角120°,小腿锚点的距离为12 cm,所在位置的肌肉为股内侧肌。对面料进行了研究。潜水料应用于套装的非直接受力部位,对潜水料的刚柔性、折痕回复性、透气透湿性、导热系数、断裂、撕裂及顶破性能进行了测试;魔术贴应用于潜水料之间的粘贴,通过测试魔术贴的剪切强度和剥离强度,结果显示,射出钩型魔术贴的勾面与潜水料粘贴的最为牢靠;织带应用于套装的直接受力部位,用于刚性零件与套装的连接,测试结果显示,四种不同宽度织带均达到套装的要求,根据需求选择织带。推导了鲍登线的摩擦系数公式;搭建了测试平台,并对鲍登线进行测试,结果表明:镀锌不锈钢钢丝绳与Jagwire节式线管的摩擦系数最小,传力效果最好。设计并评价了仿生运动关节执行器,分别设计了三种固定点方案、两种锚点方案,并提供了六种鲍登线端部连接方式,同时对以上方案的安全性及稳定性进行了测试。通过测量人台尺寸及根据面料性能进行有效的尺寸缩减,进而设计了拼接款和连体款的结构图。采用文献资料与实验相结合的方式确定了最优的缝纫参数,通过平面打板、裁剪、缝纫等步骤制备了拼接款和连体款套装。提出了应用于柔性可穿戴助力行走套装的效能评估指标体系。采用模糊综合评价法对两种款式套装进行了评价,结果表明:拼接款套装的评估为良好,在应用性指标有待优化;连体款的评估为优,在牢靠性指标有优化的空间。

关键词：柔性外骨骼服潜水料响应面法鲍登线效能评估

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上肢助力外骨骼设计与研究

上肢助力外骨骼设计与研究

作者：鲁泽华南京理工大学

学位级别：硕士

上肢助力外骨骼是一种供人穿戴的、人机一体化的智能助力装置,可以给人提供额外的动力和能力。广泛应用于军事领域、神经康复训练领域、以及其他民用领域。本文在分析人体上肢生理结构和运动机理的基础上,提出上肢助力外骨骼总体设计方... 详细信息

上肢助力外骨骼是一种供人穿戴的、人机一体化的智能助力装置,可以给人提供额外的动力和能力。广泛应用于军事领域、神经康复训练领域、以及其他民用领域。本文在分析人体上肢生理结构和运动机理的基础上,提出上肢助力外骨骼总体设计方案,确立了驱动方案,传动方案,控制策略,传感系统,电源系统五部分方案,设计一种电机驱动,鲍登线传动的上肢助力外骨骼。在外骨骼设计要求基础上,利用UG软件建立了上肢助力外骨骼的三维实体装配模型,并对关键零部件进行设计计算。对重要零部件进行了静力学有限元分析和轻量化拓扑优化设计。通过运动捕捉系统采集人体上肢搬运时的关节运动数据,分析搬移托举肩关节肘关节屈伸特征角变化规律。利用D-H法建立上肢助力外骨骼的D-H模型,对其正逆运动学进行分析求解,利用蒙特卡罗法求解其运动空间。最后建立动力学简化模型,通过拉格朗日方程法,求解得到其动力学方程,并利用ADAMS软件进行了外骨骼动力学仿真分析。初步研制了上肢助力外骨骼样机,搭建实验平台,对上肢助力外骨骼的负载性能和助力性能进行测试分析验证。建立外骨骼效能评估指标体系,利用层次分析法获得了指标集权重,提出适用于上肢助力外骨骼效能评估方法,建立评估模型,通过实际算例,得出效能评估结果,为外骨骼进一步设计提供依据。

关键词：上肢助力外骨骼鲍登线优化设计运动学动力学效能评估