助力式下肢外骨骼机构设计与分析.pdf

助力式下肢外骨骼机构设计与分析密级：孛堋⒒堋⒕论文课题来源：国家自然科学基金分类号：．学校代码：研究生学号：专业名称：机械设计及理论指导教师姓名：张峻霞教授研究生姓名：杨喜飞申请学位级别：工学硕士论文提交日期：年学位授予单位：天津科技大学
导师签名：丸修砟作者签名：檄砂一作者签名：秒奄毒作者签名：寸≮0日期：纱勰晗缭日期：沙协年弓月么日天津科技大学日期：加旯日日期：矽协年乡月占日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果内容，也不包括为获得天津科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。知识产权和专利权保护声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师具体指导下并得到相关研究经费支持下完成的，其数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识产权单位属天津科技大学；以本论文数据和资料发表论文或使用论文工作成果时署名第一单位仍然为天津科技大学。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，同意公布论文的全部或部分内容，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。所涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科技大学所有。本人保证毕业后，学位论文。保密朐诜娇蚰诖颉啊獭，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密囱朐诜娇蚰诖颉啊獭口／．
摘要本论文在研读了大量国内外文献的基础上，总结了下肢外骨骼的主要研究内容和行控制，是一种具有双足步行特征的典型人机一体化系统，也为类外骨骼的相关研究关键词：下肢外骨骼；结构设计；仿真分析；助力设备；有限元分析所需解决的关键问题，在人机工程学，人体解剖学和运动学的基础上，分析了人体下肢模型、人体行走运动学特征，然后通过拉格朗日方程建立和求解了下肢动力学方程，结合和卸ρＰ头抡婕扑悖O轮夤趋赖纳杓铺峁┝嘶础。本文重点讨论了下肢外骨骼的机械结构设计原则，对外骨骼机械结构进行运动学分析，论述了外骨骼自由度选取、关节布位及总体设计方案。按照人机工程学理论，对下肢外骨骼方案进行了详细的结构设计，并基于三维参数化软件⒘送骨骼三维模型，而且通过正常步态和负重步态实验获取了相关的运动参数。将参数经曲线拟合后，和人体实际运动情况进行比较，作为和真的输入信号，得出负重行走运动所需的力矩等参数，为驱动系统选型及运动控制打下基础。在完成上述研究的基础上，对下肢外骨骼进行了受力分析，首先分析外骨骼的工作状况及在不同工况下的负载，并依此为依据，对外骨骼的关键零部件进行了有限元分析和强度校核。通过分析，限制下肢外骨骼负重能力的主要因素是其驱动系统而不是外骨骼的结构强度。本文设计的下肢外骨骼结构合理，重量轻，具有较好的加工可行性，为外骨骼的产品化奠定了基础。同时本文设计的助行器系统是通过提取正常人体的运动信息来进化奠定了基础。
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录目课题的来源及研究目的、意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一国内外研究现状与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·．庋芯肯肿础颂逑轮ń馄恃Ъ安教治鲇胙芯俊人体行走机理和步态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一人体下肢各关节运动范围及特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯轮夤趋览砺勰Ｐ脱芯俊颂逍凶吣Ｐ驮硕ФρХ抡娣治黾凹扑恪髀邸．谘芯肯肿础下肢外骨骼技术难点分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯论文主要完成工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·弓浴人体下肢解剖学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”．颂逑轮ü亟诠趋馈．颂逑轮ḿ∪狻．颂逍凶呋矸治觥．颂逭２教捌浞治觥负重行走对步态的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·外骨骼设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·下肢外骨骼机械结构设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯下肢外骨骼理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．硕庇牍亟谏瓒ā．庹鼓谑战峁狗治觥驱动方式确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯