外骨骼式（康复）机械手臂技术研究

摘要

外骨骼式机器人是目前机器人研究中的前沿领域，是各发达国家争先研究的课题之一，特别是应用于军事上的单兵作战之中。本文作者基于人体仿生原理设计了一种外骨骼式机器人。
　　首先，根据人体手臂生理结构和仿生学来设计外骨骼机械手臂的机械结构。机械结构包括小臂机构、大臂机构和肩部机构，在设计中采用CAD/CAE技术，利用Pro/E三维软件建立了外骨骼机械手臂的三维模型，并在设计时考虑外骨骼机械手臂所需要完成的各项功能。
　　利用D-H方法对外骨骼机械手臂进行了运动学分析，建立了外骨骼机械手臂的正逆运动学方程，并对正、逆运动学方程进行了验证。
　　按照人体手臂的运动方式设计了外骨骼机械手臂的驱动系统，设计和计算了液压缸的驱动系统，选择了液压系统的各个元件。
　　基于ANSYS软件对外骨骼机械手臂进行了静态特性分析以及动态分析研究，验证了部件结构和整体设计的合理性。
　　最后，对外骨骼机械手臂的驱动系统稳定性进行了详细研究，特别是平衡阀和伺服换向阀的稳定性研究。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本课题研究的主要内容

第2章 外骨骼机械手臂的结构设计

2.1人体上肢关节运动机理

2.2机械手臂结构设计要求

2.3外骨骼机械手臂总体方案设计

2.4本章小结

第3章 外骨骼机械手臂的运动学分析

3.1外骨骼机械手臂坐标系的建立

3.2外骨骼机械手臂的运动学正分析

3.3外骨骼机械手臂的运动学逆分析

3.5本章小结

第4章 外骨骼机械手臂的有限元分析

4.1 有限元方法简述

4.2外骨骼机械手臂的静力学分析

4.3结构的模态分析

4.4 外骨骼机械手臂的模态分析

4.5本章小结：

第5章 外骨骼机械手臂驱动系统设计

5.1 液压系统各元件的计算

5.2外骨骼机械手臂的液压系统设计

5.3液压系统元件的选择

5.4本章小结

第6章 外骨骼机械手臂运动稳定性研究

6.1 FD型平衡阀的工作特性研究

6.2 FD型平衡阀的动态特性分析

6.3 FD型平衡阀的静态特性分析

6.4 伺服换向阀的工作特性研究

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢