可穿戴式助力型外骨骼特征動作力學(xué)特征研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，人類對于自身運動性能的要求也越來越高，而外骨骼機(jī)器人便是能夠滿足這一要求的產(chǎn)物。外骨骼能夠很好的解決復(fù)雜地形或者工作環(huán)境下單個人員負(fù)載增加的需求和人體自身肌能之間的矛盾。可穿戴式外骨骼的思想只要是受到動物界具有保護(hù)外殼的動物的啟發(fā)。外骨骼在許多領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用前景，如在軍事領(lǐng)域可在復(fù)雜地形下進(jìn)行單兵作戰(zhàn)，在倉庫中可以輔助公認(rèn)進(jìn)行貨物搬運，在醫(yī)療領(lǐng)域可以輔助下肢康復(fù)等。隨著多年的研究，國內(nèi)外已經(jīng)研究出了一批可以

2、進(jìn)行實驗的外骨骼樣機(jī)，但是外骨骼并沒有進(jìn)行大規(guī)模的推廣，是因為動力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)的續(xù)航和控制系統(tǒng)方面的研究還需要加強(qiáng)。
　　論文以西南交通大學(xué)研制的第三代可穿戴式外骨骼實驗樣機(jī)為研究對象，選取雙膝蹲-起立動作為特征動作，用牛頓-歐拉法對外骨骼及人體的運動進(jìn)行動力學(xué)分析和仿真，具體研究如下:
　　(1)根據(jù)人體運動學(xué)對人體運動進(jìn)行分析，選取雙膝蹲-起立動作為特征動作，并對特征動作進(jìn)行運動分析。對特征動作建立動力學(xué)模型，選取特征

3、數(shù)據(jù)作為研究對象，對動力學(xué)模型進(jìn)行力學(xué)特征分析與計算。在MATLAB軟件中將計算過程求解，并對各個關(guān)節(jié)處不同負(fù)重下所需驅(qū)動力矩進(jìn)行仿真，最后得到了各個關(guān)節(jié)處力矩變化特征曲線。
　　(2)根據(jù)控制變量法，將影響外骨骼力學(xué)特征的因素進(jìn)行分析，具體設(shè)計了外骨骼實驗方案，對外骨骼進(jìn)行單機(jī)版和人機(jī)偕行實驗，其中單機(jī)版又分為靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗。將實驗結(jié)果中選取具有代表性的膝關(guān)節(jié)處力的實驗數(shù)據(jù)，在MATLAB中進(jìn)行曲線擬合，與以上理論計算的仿真