仿生下肢外骨骼機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及可靠性分析.pdf

1、仿生下肢外骨骼機器人是目前穿戴式設(shè)備中的熱門研究對象，它是一種能夠使人在負重的條件下長距離行走的人機一體化系統(tǒng)。它通過模擬人體下肢的骨骼結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動和肌肉運動對人體提供額外的動力，可以給穿戴者下肢起到支撐、保護和助力等作用。
　　下肢外骨骼機器人由于是人體穿戴式設(shè)備，裝置的擬人化是下肢外骨骼設(shè)計的主要問題。然而，下肢外骨骼在實際應(yīng)用中由于機構(gòu)的運動不確定性因素的存在，從而影響人體穿戴的安全性和舒適性，因此裝置的運動精度可靠性分析

2、是設(shè)計之后的可靠性分析問題。本文針對這兩個問題，通過對人體下肢結(jié)構(gòu)的分析、對擬人化下肢外骨骼的建模和設(shè)計優(yōu)化以及利用機構(gòu)可靠性理論分析其運動精度可靠性這三個方面進行闡述。本文的研究內(nèi)容主要包括：
　　（1）通過對人體下肢各體段的相關(guān)參數(shù)分析，利用SolidWorks建立人體CAD模型，并應(yīng)用 ADAMS動力學軟件對其進行動力學仿真，得到人體下肢的關(guān)節(jié)力矩，為下肢外骨骼的驅(qū)動器選型提供參考數(shù)據(jù)。同時，對人體下肢進行運動學分析與建模，

3、并驗證數(shù)學模型的正確性，將對下肢外骨骼的運動精度可靠性分析提供理論基礎(chǔ)。
　?。?）通過對人體下肢的相關(guān)參數(shù)和下肢外骨骼機器人的工作原理進行分析，形成初步的機構(gòu)設(shè)計方法。為了減少下肢外骨骼的能源消耗，利用遺傳算法，對下肢外骨骼的簡化模型進行尺寸優(yōu)化，并基于優(yōu)化后的數(shù)據(jù)建立下肢外骨骼的物理模型，計算出液壓缸行程數(shù)據(jù)，參考該數(shù)據(jù)及人體下肢關(guān)節(jié)力矩完成液壓缸的選型。
　?。?）通過參考機構(gòu)運動精度可靠性理論，總結(jié)機構(gòu)運動瞬時可靠性