收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

不确定条件下的下肢外骨骼动力学分析与设计研究

李文生  
【摘要】:下肢外骨骼是一种将人类智慧与机器智能,人体力量与机器力量高度耦合的人机一体化系统,目的在于增强或恢复人体下肢的力量与耐力,在军事、医疗、太空探索、助老助残等领域有着极大的应用潜力。下肢外骨骼与人体协同行走的过程中,外骨骼机械构件始终保持与穿戴者下肢体段三维运动的高度协调一致而形成紧耦合的人机系统;但实际外骨骼机构中存在的诸多随机因素将改变系统的动态性能,进而影响外骨骼与人体下肢运动的协调一致性。因此,考虑人体穿戴下肢外骨骼的安全性与舒适性是发展高性能外骨骼的必然要求。故本文以下肢助力外骨骼为对象,考虑其人体穿戴的安全性与舒适性,从外骨骼机构动力学性态层面逐步开展了以下三个方面的研究:(1)在人体下肢运动机理、步态分析的基础上,进行了下肢外骨骼动力学建模与分析。首先剖析人体下肢关节自由度、驱动特点及运动的描述方式,为开展人体步态实验及建立合理的外骨骼力学模型奠定基础;然后通过人体三维运动捕捉实验,获取成年人体正常步态下的关节角位移、系统外力等数据,结合本文建立的外骨骼机构三维力学模型完成其与人体协调行走的运动学、动力学分析,并验证了该动力学模型的合理性、求解的正确性。(2)完成外骨骼各关节驱动力矩的时变可靠性分析并评价下肢外骨骼的穿戴安全性。充分考虑实际下肢外骨骼机构的几何尺寸、背部负载等随机物理参量的影响,在基于理想条件下的外骨骼动力学模型基础上,导出外骨骼各关节实际驱动力矩的数学模型;由关节实际驱动力矩与理想驱动力矩之间的差异所引起的系统动态特性变化,进而导出下肢外骨骼时变可靠性分析模型,最后结合该模型特点,利用蒙特卡洛仿真(Monte Carlo simulation)法计算了各关节的时变可靠度。(3)综合考虑下肢外骨骼的穿戴安全性与舒适性,建立了下肢外骨骼时变可靠性稳健设计(RBRDO)模型并求解。穿戴舒适性以外骨骼膝关节实际驱动力矩均值与对应的理想驱动力矩值之差及实际驱动力矩方差之加权和为目标来实现,穿戴安全性以外骨骼各关节驱动力矩的时变可靠度约束来保证;并结合外骨骼实际运动特性等,建立了下肢外骨骼时变可靠性稳健设计模型。最后,对优化模型利用改进的PSO算法进行了求解,优化结果表明了其对降低外骨骼各关节实际驱动力矩的波动性具有一定的工程参考价值。本文通过考虑下肢外骨骼结构化与非结构化的不确定因素,结合外骨骼穿戴安全性与舒适性指标,相应的开展了随机条件下的下肢外骨骼动力学分析与设计的研究工作,并为解决外骨骼穿戴安全性与舒适性问题提供了一套可行的思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曾晗;;对“传送带”上物体速度和机械能变化的定量讨论[J];物理通报;2016年11期
2 蒋莉;;坐标系下的动力学分析[J];湖南中学物理;2017年08期
3 北村 智;王华;;药品水溶液变色的动力学分析[J];国外药学(抗生素分册);1987年04期
4 王德义;王闻;;石灰石热分解过程的动力学研究[J];化学工业与工程;1988年03期
5 王营;;一种新的有限节模型[J];北京邮电学院学报;1988年03期
6 徐清富;;凸轮传动机构的运动学和动力学分析法[J];国外汽车;1988年01期
7 张国旺;周恩浦;;环式破碎机动力学分析及主要参数的优化设计[J];中南矿冶学院学报;1989年02期
8 刘光银;;钢液吸氮的热力学和动力学分析[J];四川冶金;1989年02期
9 张堃;沈晓红;王稚勍;;定周期变速机构运动学和动力学分析[J];北京联合大学学报;1989年01期
10 刘振洁;居民经济行为的动力学分析[J];财金贸易;1995年05期
11 杨汝靓;;基于ABAQUS的键合压力隐式动力学分析[J];机电元件;2017年03期
12 段本明;张洪信;张鲁邹;史津竹;王名扬;;基于动力学分析的车架轻量化研究现状[J];机械设计与制造工程;2013年04期
13 付群峰;梅逢意;;立式辊磨机磨盘的动力学分析研究[J];机械设计与制造;2012年11期
14 冯容保;;发酵过程动力学分析[J];发酵科技通讯;2007年04期
15 吴鹏;大学职能演变的动力学分析[J];吉林教育科学;2001年05期
16 金国光;武光涛;畅博彦;陈丽莎;张阳演;;机械臂接触碰撞动力学分析[J];农业机械学报;2016年11期
17 王艾伦;张友林;;一种基于键合图的机构等效动力学分析方法[J];机械传动;2008年05期
18 李忠铭;多相催化反应宏观动力学分析在设计放大中的应用[J];湖北化工;1994年02期
19 张大钧;刘又午;R.L休斯敦;;柔性机器人动力学分析的有限段方法[J];天津大学学报;1990年S1期
20 谭玉华;赵成岩;姜成浩;邓洁;;矩形盘式钢球展开动力学分析[J];机械制造;2016年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 雷宣扬;陈进;张桂才;宋希庚;;基于裂纹梁单元的裂纹曲轴动力学分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
2 姜丽爽;李静;何斌;;超材料研究中的动力学分析方法及其应用[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
3 赵志林;秦志英;赵月静;;散料振动输送的动力学分析与仿真研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
4 吕富强;朱成康;;充压空气锤及其动力学分析[A];中国机械工程学会锻压学会第六届学术年会论文集[C];1995年
5 肖世富;;带间隙结构的简化动力学分析[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
6 王沫楠;孟庆鑫;王京权;;仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
7 项平;吴明儿;;杆系可展结构的展开过程动力学分析[A];第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2009年
8 魏航信;刘明治;;仿人型跑步机器人的运动学及动力学分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
9 周奇郑;任斌;王德石;;深弹空中弹道计算与动力学分析[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年
10 王伟伟;龙兴贵;陈绍华;余铭铭;;室温下铀床回收氘气过程动力学分析[A];第十届中国核靶技术学术交流会摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李文英;大型振动筛动力学分析及动态设计[D];太原理工大学;2004年
2 赵孟良;空间可展结构展开过程动力学理论分析、仿真及试验[D];浙江大学;2007年
3 胡其彪;空间可伸展结构的设计与动力学分析研究[D];浙江大学;2001年
4 黄志浩;大型重载列车定位作业动力学分析[D];大连理工大学;2012年
5 柴灵莺;成年男性吸烟者的噪音变化及空气动力学分析[D];复旦大学;2010年
6 姜洪领;三类具有扩散的生态模型动力学分析[D];陕西师范大学;2014年
7 李鹏;基于熵测度的短时心脏动力学分析[D];山东大学;2014年
8 颜洁;两类生物学振子的数学建模与动力学分析[D];苏州大学;2016年
9 张文兵;基因调控网络的随机动力学分析[D];东华大学;2012年
10 孟杰;高速电主轴动力学分析与实验研究[D];重庆大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李文生;不确定条件下的下肢外骨骼动力学分析与设计研究[D];电子科技大学;2018年
2 秦亮亮;抓斗挖泥机人字架结构优化设计及动力学分析[D];武汉理工大学;2015年
3 路娜;基于ANSYS的煤炭采样机采样臂动力学分析[D];长安大学;2014年
4 鲁霄光;燃气解脱式闭锁机构动力学分析与优化[D];南京理工大学;2015年
5 于振江;仿生推进机构的水动力学分析[D];中国海洋大学;2014年
6 郭帅;离心电锭的动力学分析及优化设计[D];四川理工学院;2014年
7 杨帅;非线性共振筛的动力学分析[D];天津大学;2007年
8 高波;机械系统分布式动力学分析与优化[D];青岛大学;2003年
9 寇剑斌;喷气织机打纬机构的动力学分析及虚拟样机设计[D];东华大学;2010年
10 何军;油页岩干燥过程数值模拟及干燥动力学分析[D];大连理工大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 庞丹;动力劲旅扬帆“春天里”[N];中国航天报;2013年
2 ;ANSYS10.0新功能[N];中国航空报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978