基于拓扑优化的手部骨骼服完全柔顺手指机构研究

发布时间：2017-03-30 05:01

  本文关键词：基于拓扑优化的手部骨骼服完全柔顺手指机构研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：手部骨骼服是用于中风偏瘫病人手部康复性治疗的穿戴式设备,通过为手部运动提供动力,不断刺激相应运动神经的恢复从而达到康复目的。手指机构是手部骨骼服实现康复功能的重要组成部分,传统的机械设计方案多数是采用刚性机械结构,依靠运动副实现全部运动和功能。目前的手部骨骼服手指机构仍存在着许多问题,这些问题主要存在于手部骨骼服手指机构柔顺性差、布置空间狭小、装置重量大对人产生过多负担上。本论文的总体目标是解决上述问题,对手部骨骼服的手指机构进行设计。为了达到这一目标,需要完成以下两个具体目标：(1)确定一种适用于手部骨骼服手指机构的系统设计方法,使得该类设计具有很好的柔顺性及功能性；(2)通过确定的设计方法对手部骨骼服手指机构进行设计,且该设计能够解决现有手部骨骼服手指机构存在的问题。本论文为了实现上述目标,主要做了以下四项工作：(1)将新型拓扑优化方法应用于手部骨骼服手指机构的设计；(2)在ABAQUS软件环境下对完全柔顺手指机构进行了静力学的有限元分析；(3)搭建实验平台,对完全柔顺手指机构进行测试,验证设计的手指机构的合理性；(4)根据实验测试的结果,设计了驱动方案,满足了完全柔顺手指机构的功能需求。本文通过上述工作,得到以下结论：(1)本文应用的拓扑优化设计方法适用于手部骨骼服完全柔顺手指机构类产品的设计；(2)本文中设计的手部骨骼服完全柔顺手指机构有效解决了现有手部骨骼服的手指机构存在的柔顺性差及重量大等问题。本论文的主要贡献在于：(1)在设计理论与方法方面,将新型拓扑优化方法应用到了手部骨骼服的手指机构类产品设计中；(2)在设计成果方面,设计了一种手部骨骼服手指机构,该设计具有运动柔顺性及轻量化等特点。
【关键词】：手部骨骼服 完全柔顺手指机构 拓扑优化
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 研究动机10-11
• 1.3 研究目标11
• 1.4 本论文的结构11-13
• 第2章 研究现状13-25
• 2.1 研究背景13-14
• 2.2 手部骨骼服14-19
• 2.3 大变形柔顺机构19-20
• 2.4 柔顺机构的拓扑优化20-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 手部骨骼服完全柔顺手指机构整体方案设计25-42
• 3.1 前言25
• 3.2 人手生理特点分析25-29
• 3.2.1 人自然手的骨骼结构25-26
• 3.2.2 人自然手的动作特征26-27
• 3.2.3 人自然手相关人体工程学27-29
• 3.3 混合手部骨骼服手指机构设计29-30
• 3.4 完全柔顺手指机构设计30-31
• 3.5 材料选择31-33
• 3.6 设计准则33-34
• 3.7 拓扑优化设计方法34-40
• 3.7.1 设计域参数化34-36
• 3.7.2 目标方程及功能性要求公式36-37
• 3.7.3 约束条件37-38
• 3.7.4 遗传算法38-40
• 3.7.5 应用SPACAR的有限元分析40
• 3.8 最终设计结果40-41
• 3.9 本章小结41-42
• 第4章 手部骨骼服完全柔顺手指机构有限元分析42-53
• 4.1 前言42
• 4.2 有限元分析软件ABAQUS42-43
• 4.3 前期准备：聚丙烯拉伸实验43-44
• 4.4 有限元建模过程44-48
• 4.4.1 前处理45-48
• 4.4.2 模拟计算48
• 4.4.3 后处理48
• 4.5 有限元分析结果48-52
• 4.5.1 应力分布及变形结果48-50
• 4.5.2 关于网格收敛性结果50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 手部骨骼服完全柔顺手指机构系统实验评价53-61
• 5.1 前言53
• 5.2 实验测试方案的设计53-54
• 5.3 实验仪器的选择54-55
• 5.4 实验台搭建55
• 5.5 柔顺机构的实验结果与分析55-60
• 5.5.1 实验数据处理56-58
• 5.5.2 实验结果分析58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第6章 手部骨骼服完全柔顺手指机构驱动系统61-66
• 6.1 前言61
• 6.2 驱动方案的选择61
• 6.3 驱动器及控制单元61-65
• 6.3.1 驱动器62-63
• 6.3.2 驱动控制单元63-64
• 6.3.3 控制操作界面64-65
• 6.4 驱动系统安装过程65
• 6.5 驱动结果65
• 6.6 本章小结65-66
• 第7章 结论与展望66-68
• 7.1 综述66
• 7.2 结论66
• 7.3 研究贡献66-67
• 7.4 研究局限与展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 附录A75-77
• 附录B77-80
• 附录C80-81
• 附录D81-82
• 附录E82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 梁字辉;周宏甫;;手指训练的康复机械手设计[J];机电工程技术;2009年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 江先志;驱动关节在康复机器人中的应用[D];华中科技大学;2011年

  本文关键词：基于拓扑优化的手部骨骼服完全柔顺手指机构研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：276254