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下肢助行机构设计及仿真研究

宋森  
【摘要】:下肢助行机构隶属特种机器人之列,是近些年来新兴的研究领域,涉及包括机器人技术、控制理论、机构学、传感器技术、计算科学和人体工程学在内众多学科,已成为目前国内外热点研究方向。下肢助行机构将人的智力和机械的不知疲惫融合到一起,实现优势互补,考虑到助行机构未来广阔的应用前景,潜在的经济效益和军事作战价值,因此对助行机构的研究具有非常强的实用价值。论文主要针对助行机构的实际需求,对下肢助行机构进行机构设计、运动学仿真以及建立沿特定路径的动力学模型,最后对模型进行仿真验证,确保该助行机构能够完成预期的目标。 下肢助行机构依据人机工程学理论进行结构设计,同时考虑到人体步行的稳定性、舒适性和可靠性,提出助行机构模型的设计方案,并对关键部件进行了强度分析。应用D-H参数法建立下肢助行机构的数学模型,求解出正运动和逆运动的解,为下肢助行机构运动学仿真提供理论基础。将模型导入ADAMS中进行运动学仿真,取一组人体步行数据,编写对应的STEP函数,对模型设置参数,添加材料和约束,将所编好的驱动函数导入模型中,分析测得的仿真数据,此外,还针对不同身高的操作者进行了讨论。最后建立一个沿特定路径的动力学模型,本文选择了上楼梯这一最基本的日常动作,对其进行步态轨迹规划和动力学仿真研究。


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