負重外骨骼下肢力學分析及結構設計.pdf

1、外骨骼是一種對生物柔軟器官進行保護的堅硬外部結構。本文研究的是一種為人提供助行、助力的可穿戴機械裝置。外骨骼擁有機器人的高負荷能力、長時間工作能力，在軍事、康復和工程領域上具有廣泛的應用價值。本文通過對人體步態(tài)分析、外骨骼結構設計、運動學、動力學分析、并通過ADAMS進行了仿真分析和實驗研究。設計了一款負重型下肢外骨骼。本文主要研究內容和成果如下：
　　1.通過對人體下肢結構、自由度和運動范圍等進行分析，得到了外骨骼設計的基本參數(shù)

2、。對人體行走過程中的步態(tài)周期進行詳細的分析，得出人體行走過程中關節(jié)的角度曲線和力矩曲線。
　　2.使用Solidworks對外骨骼機器人進行整體三維建模，并著重設計了髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)和高度調節(jié)裝置。對各部位進行有限元仿真分析和對關節(jié)驅動力進行了計算，為驅動器的設計提供理論依據(jù)。
　　3.對外骨骼進行運動學建模，驗證了不同姿態(tài)下外骨骼模型坐標的正確性。運用拉格朗日功能平衡法對外骨骼機器人進行動力學分析，得到外骨骼關節(jié)的力

3、矩方程。將角度CGA數(shù)據(jù)通過MATLAB擬合得出角度方程代入力矩方程，得到外骨骼在行走過程中的驅動關節(jié)力矩曲線。將得出的力矩曲線和人行走的力矩曲線進行對比，驗證了外骨骼模型的正確性。
　　4.運用ADAMS對外骨骼進行仿真，得到各個關節(jié)的角度曲線和力矩曲線，與人體實際運動曲線進行對比，驗證了外骨骼模型的正確性。搭建外骨骼實驗平臺，對足底進行壓力實驗、整體外骨骼進行穿戴實驗;對外骨骼穿戴舒適性、行走性能進行實驗研究。通過對傳感器的反