一种新型可穿戴式助行机器人的研究

摘要

可穿戴式助行机器人是一种外骨骼机器人,固定在人体身上,由大腿和小腿上活塞驱动以模仿正常人的步态,从而带动使用者正常行动。用Pro/E对其结构进行串并联混合设计,根据人机工程学设计机器人腿尺寸,基于正解、逆解运动学分析求解了踝关节的输出位置,完成了数学建模,并通过仿真实现了规划的运动轨迹。本文研究的内容主要在以下几方面:
　　(1)在人体下肢运动机理的研究基础上,对人体下肢结构进行分析,并分析下肢主要关节自由度。在新型助行机器人设计要求的基础上,确定可穿戴式助行机器人下肢的结构及其自由度。对正常人的步态规划分析,规划出新型服务机器人的步态,并且进行步态参数化。
　　(2)根据新型可穿戴式助行机器人的安全性、同构性、适应性、伸缩性等设计要求对新型助行机器人进行整体结构概念设计,大腿和小腿分别都采用三个活塞杆并联,大腿和小腿整体上串联在一起的串并混合机构。
　　(3)对新型可穿戴式助行机器人结构优选,并依据人机工程学理论进行新型可穿戴式助行机器人的尺寸设计,确定新型可穿戴式助行机器人模型。再结合机器人运动学求解,得出助行机器人各关节矢量的运动轨迹函数表达式,并由此求解出了助行机器人的实际运动轨迹。
　　(4)运用三维建模软件 Pro/E建立助行机器人的三维零件图,并完成整体的虚拟装配,并导入ADAMS中,输入样条函数,对机器人进行行走步态仿真,使助行机器人按照设定的仿真参数完成规划的运动轨迹,确定本论文提出方案可行性。

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第1章 绪论

1.1 研究的意义及前景

1.2 助行器械的现状及分析

1.3 助行机器人优缺点分析

1.4 论文研究的主要内容

第2章 新型可穿戴式助行机器人概念设计与方案确定

2.1 引言

2.2 新型可穿戴式助行机器人的设计要求

2.3 新型可穿戴式助行机器人总体结构

2.4 人体下肢运动机理

2.5 步态分析

2.6 新型可穿戴式助行机器人结构类型选择

2.7 本章小结

第3章 新型可穿戴式助行机器人的模型设计

3.1 引言

3.2 新型可穿戴式助行机器人的设计构思

3.3 新型可穿戴式助行机器人机构尺寸设计

3.4 新型可穿戴式助行机器人下肢运动学分析

3.5 新型可穿戴式助行机器人下肢大、小腿并联运动学分析

3.6 本章小结

第4章 新型可穿戴式助行机器人的模拟仿真

4.1 引言

4.2 ADAMS功能介绍

4.3 新型可穿戴式助行机器人模型建立

4.4 ADAMS辅助分析

4.5 仿真结果分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献