【摘 要】
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随着科学技术的快速发展,机器人技术在日常生活领域的应用日益增多,极大方便了人类的生活。本文基于辅助上肢残疾人士的日常生活的理念,将机器人技术应用于人体上假肢领域,以经济化、轻量化和高性能为目标,对机器人假肢进行了分析与研究。基于仿生学理念,根据上肢的使用功能特征,对机器人假肢的柔性佩戴结构、肩关节、肘关节、腕关节和手部结构进行设计,对机器人假肢驱动方案进行了选择,对电机进行了计算选型;针对目前市面
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随着科学技术的快速发展,机器人技术在日常生活领域的应用日益增多,极大方便了人类的生活。本文基于辅助上肢残疾人士的日常生活的理念,将机器人技术应用于人体上假肢领域,以经济化、轻量化和高性能为目标,对机器人假肢进行了分析与研究。基于仿生学理念,根据上肢的使用功能特征,对机器人假肢的柔性佩戴结构、肩关节、肘关节、腕关节和手部结构进行设计,对机器人假肢驱动方案进行了选择,对电机进行了计算选型;针对目前市面上的假肢大都以金属材料作为假肢制作材料,普遍存在质量重、穿戴不便的缺点,基于3D打印技术,选用了聚乳酸高分子材料(PLA)作为机器人假肢的制作材料,很好地解决了假肢重量过重的问题,利用3D打印仪器对机器人假肢关键零部件进行了打印制作,并装配了一套机器人假肢物理样机;基于非线性规划遗传算法,建立机器人假肢肩关节与肘关节重力矩平衡装置数学模型,对机器人假肢的肩关节与肘关节处重力矩平衡装置进行优化设计,确定其结构参数与最佳安装位置,在此基础上,进行了机器人假肢大臂和小臂二维运动、重力矩和残余力矩的仿真分析,从而验证了重力矩平衡装置可以极大地平衡大臂、小臂的重力。基于标准D-H法,建立机器人假肢D-H模型,对机器人假肢进行正运动学分析,基于MATLAB机器人工具箱建立机器人假肢三维仿真模型,模拟关节运动,得到各个关节角度、角速度和角加速度随时间变化曲线,并进行了机器人假肢工作空间的求解;利用机器人假肢正运动学生成的关节角度与位姿参数的数据,基于BP神经网络算法与改进广义回归神经网络算法,分别训练生成相应的模型,并与期望的机器人假肢空间数据进行了误差对比,得出基于改进广义回归神经网络(GRNN)算法训练的机器人假肢逆运动学模型误差远远小于BP神经网络算法训练出的机器人假肢逆运动学模型误差,从而确定了基于改进广义回归神经网络算法进行器人假肢逆运动学的求解分析;基于拉格朗日力学法,建立机器人假肢动力学模型,并基于ADAMS建立了机器人假肢虚拟样机模型,对机器人假肢进行了动力学仿真分析,分别得到了6种运动模式下各个关节驱动力矩变化曲线,进一步生成了6种运动模式下运动轨迹,为下一步的运动控制系统的研究提供了理论支撑,验证了机器人假肢结构的合理性、可靠性与安全性。
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