论文部分内容阅读
外骨骼机器人技术是机器人技术中的一类,也是近年来机器人领域中的研究热点。进入21世纪后,世界上许多国家都加大了对外骨骼技术领域的研究,并取得了许多优秀的成果。这些研究成果包含了在单兵作战、医疗康复、工程抢险等多领域内。在我国,近年来出现的社会老龄化、医疗康复、农业生产等问题,外骨骼技术也有着用武之地。外骨骼机器人主要是一种新型的助力式的机械装置,它能够很好地实现人机交互,来提高穿戴者的负重能力、恢复行走等多方面的能力。所以说外骨骼技术在军事、医疗、工程等领域内都有着较好的前景。而本课题是针对传统农业生产中效率低、工作量大等问题而设计的一款帮助提高农业生产者生产的下肢外骨骼机器人。在了解外骨骼搞研究现状和查阅国内外相关资料的基础上,总结出下肢外骨骼机器人的主要研究内容和亟需解决的问题等。本论文主要根据下肢外骨骼机器人应用需求,首先对下肢外骨骼机器人的机械结构和驱动结构进行了设计;其次对下肢外骨骼机器人的运动学和动力学进行仔细分析;最后对所设计的外骨骼模型进行仿真分析,并将分析结果与人体运动作对比,来验证下肢外骨骼模型设计的合理性。本论文中的单侧8自由度下肢外骨骼是在分析人体下肢生理机能基础上提出的。在机械结构设计中,依照仿生学的设计准则,对下肢外骨骼的各关节进行了拟人化的设计;并根据运动时关节的受力情况,对部分零部件进行了基于ANSYS的静力学分析;此外,在设计驱动结构时,根据外骨骼结构可随时锁紧的设计要求,我们采用具有双向液压锁控制的锁紧回路功能的液压驱动方案;针对此结构,我们还对下肢外骨骼进行了运动学与动力学的分析。最后,对人体下肢外骨骼进行了仿真分析。仿真分析是在Adams环境下完成的。通过仿真分析得到外骨骼模型各关节的运动数据,并将仿真结果与从人体步态运动数据库(CGA)中得到人体步态数据进行对比分析,分析是为了验证外骨骼机器人结构设计的合理性。最后的仿真结果表明了人体下肢外骨骼机器人的结构设计合理,具良好的穿戴性,满足下肢外骨骼助力和灵活的设计要求。为以后外骨骼技术深入研究提供了可靠的参考依据。