一種7自由度生機(jī)電假肢手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.pdf

1、生機(jī)電假肢手臂是指外觀造型與真實(shí)人體手臂相似,運(yùn)動(dòng)功能與真實(shí)人體手臂相同,并且能夠重建人體手臂缺失的運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)械裝置。在與一般工業(yè)機(jī)器人相比,它要求結(jié)構(gòu)緊湊,外觀自然優(yōu)美,動(dòng)作與真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致。為此,本文設(shè)計(jì)了一種7自由度生機(jī)電假肢手臂,并在以下四個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　(1)研究了目前生機(jī)電假肢手臂的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況,對(duì)目前假肢手臂設(shè)計(jì)熱點(diǎn)及難點(diǎn)有了比較充分的認(rèn)識(shí)。針對(duì)目前假肢設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)之一的假肢結(jié)構(gòu)輕量化和運(yùn)動(dòng)智能化作

2、了比較深入的工作。
　　(2)對(duì)真實(shí)人體手臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,主要研究了人體肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)的骨骼肌肉組成原理,然后根據(jù)真實(shí)人體手臂建立了假肢運(yùn)動(dòng)自由度的分配模式。在假肢手臂重量以及各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度上也提出了要求。
　　(3)根據(jù)設(shè)計(jì)前期要使假肢輕量化的研究,最終確定了假肢手臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選用了結(jié)構(gòu)緊湊差動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先是采對(duì)傳統(tǒng)的差速器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn),然后把差速機(jī)構(gòu)模塊化處理,使之用在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)等多個(gè)自由度的實(shí)

3、現(xiàn)上。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)則選用了盤(pán)式直流伺服電機(jī)加上諧波減速器的形式,這樣的布置是假肢手臂的寬度尺寸達(dá)到了最小。
　　(4)為了對(duì)假肢進(jìn)行智能控制,對(duì)假肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析。根據(jù)假肢手臂的結(jié)構(gòu)建立了D-H坐標(biāo)系,在此基礎(chǔ)上完成了假肢手臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解分析。在假肢手臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析上,提出了利用swivelangle的優(yōu)化方法,使假肢手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡更加擬人自然。
　　本文完成了生機(jī)電假肢手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),然后對(duì)假肢手臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)做出了