仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析

发布时间：2016-12-16 08:55

  本文关键词：仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析，由笔耕文化传播整理发布。

《电子科技大学》 2015年

仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析

陈伟  

【摘要】：仿生下肢外骨骼机器人是目前穿戴式设备中的热门研究对象,它是一种能够使人在负重的条件下长距离行走的人机一体化系统。它通过模拟人体下肢的骨骼结构、关节转动和肌肉运动对人体提供额外的动力,可以给穿戴者下肢起到支撑、保护和助力等作用。下肢外骨骼机器人由于是人体穿戴式设备,装置的拟人化是下肢外骨骼设计的主要问题。然而,下肢外骨骼在实际应用中由于机构的运动不确定性因素的存在,从而影响人体穿戴的安全性和舒适性,因此装置的运动精度可靠性分析是设计之后的可靠性分析问题。本文针对这两个问题,通过对人体下肢结构的分析、对拟人化下肢外骨骼的建模和设计优化以及利用机构可靠性理论分析其运动精度可靠性这三个方面进行阐述。本文的研究内容主要包括:(1)通过对人体下肢各体段的相关参数分析,利用Solid Works建立人体CAD模型,并应用ADAMS动力学软件对其进行动力学仿真,得到人体下肢的关节力矩,为下肢外骨骼的驱动器选型提供参考数据。同时,对人体下肢进行运动学分析与建模,并验证数学模型的正确性,将对下肢外骨骼的运动精度可靠性分析提供理论基础。(2)通过对人体下肢的相关参数和下肢外骨骼机器人的工作原理进行分析,形成初步的机构设计方法。为了减少下肢外骨骼的能源消耗,利用遗传算法,对下肢外骨骼的简化模型进行尺寸优化,并基于优化后的数据建立下肢外骨骼的物理模型,计算出液压缸行程数据,参考该数据及人体下肢关节力矩完成液压缸的选型。(3)通过参考机构运动精度可靠性理论,总结机构运动瞬时可靠性与时变可靠性的理论分析方法,并将时变情况下的蒙特卡罗仿真理论应用到下肢外骨骼的运动时变精度可靠性分析中,利用Simulink工具对其进行建模仿真,结合人体在随机路面上的关节角度误差变化,计算其时变可靠度。本文通过对下肢外骨骼结构分析、尺寸优化设计以及运动精度可靠性分析,以期获取一套下肢外骨骼的常规设计方法以及不确定性条件下保证运动精度可靠性的不确定性分析方法,为下肢外骨骼的工程实用化提供理论基础及技术支撑。

【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R319;TP242
【目录】：

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1 李存华,孙志挥,陈耿,胡云;核密度估计及其在聚类算法构造中的应用[J];计算机研究与发展;2004年10期

2 罗家佳,胡国清;基于MATLAB的机器人运动仿真研究[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 雷兵;协行助力机械腿结构优化及性能评估系统研究[D];华东理工大学;2011年

2 赵彦峻;人体下肢外骨骼工作机理研究[D];南京理工大学;2006年

3 赵南;基于虚拟样机技术的助力系统仿真研究[D];西南交通大学;2012年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 潘鸿春;黑斑蛙味觉器官形态学初步研究[J];安徽师大学报(自然科学版);1998年02期

2 张艳敏;徐朝晖;曹品洪;朱静;;第一掌背动脉双叶皮瓣修复拇指及虎口软组织缺损[J];安徽医学;2006年01期

3 邓海发;陈国明;朱渊;宋林松;;海洋钻井平台井喷硫化氢扩散规律研究[J];安全与环境学报;2010年05期

4 王睿;庄达民;;基于舒适性分析的舱室手操纵装置优化布局[J];兵工学报;2008年09期

5 高德臣,杨永良;某些动物非负重指骨骨密质组织学研究[J];动物学杂志;1989年01期

6 董锡文,高德臣;家兔脑垂体和松果体血脑屏障的研究[J];动物学杂志;1998年03期

7 张宝刚;一种通用的防震结构与包装造型设计[J];北京轻工业学院学报;2001年01期

8 苟进胜;张瑞涵;魏琳;;卷筒卫生纸包装结构设计改进研究[J];包装工程;2011年19期

9 饶国华;;深圳地铁一号线续建工程车辆司机室视野分析[J];电力机车与城轨车辆;2010年03期

10 张晓静,洪黛玲,卢洁;新生儿背部肩胛间体温与腋温关系的探讨[J];护士进修杂志;2003年07期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 郭北苑;高速列车驾驶界面人因适配性设计理论与方法研究[D];北京交通大学;2010年

2 钱鹏江;大规模数据集聚类方法研究及应用[D];江南大学;2011年

3 韩萍;环形交叉口交通流运行特性[D];吉林大学;2011年

4 金珠;改进的支持向量机分类算法及其在煤矿人因事故安全评价中的应用[D];中国矿业大学;2011年

5 张昆仑;快速响应制造系统产品开发过程时间估计与优化[D];国防科学技术大学;2011年

6 王善坡;重型商用车人机工程设计方法与应用研究[D];江苏大学;2011年

7 曹荣峰;小尾寒羊子宫复旧的研究[D];东北农业大学;2002年

8 姬军;胸—头脉搏波传导时间测量技术研究[D];第四军医大学;2006年

9 马骏驰;火灾中人群疏散的仿真研究[D];同济大学;2007年

10 陈健美;基于密度聚类和多特征融合的医学图像识别研究[D];江苏大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 康静;移动机械手建模及控制技术研究[D];天津理工大学;2010年

2 雷兵;协行助力机械腿结构优化及性能评估系统研究[D];华东理工大学;2011年

3 王旭辉;人机工程学在叉车内外设计及安全设计中的应用研究[D];太原理工大学;2011年

4 袁玲;基于人机工程学的家用电动跑步机设计与生产研究[D];太原理工大学;2011年

5 石晓惠;基于人因工程学的工程车辆驾驶室舒适性研究[D];吉林大学;2011年

6 张钦国;基于液压驱动的四自由度机械手的运动仿真与优化设计[D];吉林大学;2011年

7 张丹丹;高压特种作业机械手的研究[D];吉林大学;2011年

8 崔文诗;基于关节负荷姿势舒适评价的驾驶室布置优化研究[D];吉林大学;2011年

9 宋哲;地铁闸机扇门控制系统设计[D];南京理工大学;2011年

10 杨立颖;基于力反馈的机器人遥操作系统研究[D];华南理工大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 戴汝为;“人机结合”的大成智慧[J];北方工业大学学报;1996年03期

2 周游;刘艳滢;王春民;陈静;陈秋萍;魏雅娟;;几种人体运动检测算法的比较分析[J];吉林大学学报(信息科学版);2009年06期

3 秦洪德;石丽丽;;船体双层底结构优化的粒子群优化算法[J];大连海事大学学报;2009年04期

4 车玲玲;王志良;;ZMP理论在双足步行机器人步态控制中的应用[J];电子器件;2007年04期

5 张永学,麻亮,强文义;基于多传感器信息的双足机器人步行系统的研究[J];高技术通讯;2001年06期

6 印松;殷跃红;;下肢康复用并联式外骨骼膝关节的设计[J];高技术通讯;2009年08期

7 孙立宁,楚中毅,曲东升,崔晶;2-DOF平面并联机器人结构参数优化的研究[J];哈尔滨工业大学学报;2004年03期

8 杨智勇;张静;归丽华;张远山;杨秀霞;;外骨骼机器人控制方法综述[J];海军航空工程学院学报;2009年05期

9 蒙运红,傅祥志;两足步行机器人动态步行规划及仿真[J];华中理工大学学报;1999年03期

10 卫玉芬,李小宁;Mckibben型气动人工肌肉[J];机床与液压;2003年03期

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 李晓明;基于外骨骼技术的机器人远程控制[D];浙江大学;2004年

2 王斌锐;异构双腿行走机器人研究与开发[D];东北大学;2005年

3 柯显信;仿人形机器人双足动态步行研究[D];上海大学;2005年

4 张立杰;两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化[D];燕山大学;2006年

5 陈峰;可穿戴型助力机器人技术研究[D];中国科学技术大学;2007年

6 吴剑锋;基于肌电信号的人体下肢运动信息获取技术研究[D];浙江大学;2008年

7 张佳帆;基于柔性外骨骼人机智能系统基础理论及应用技术研究[D];浙江大学;2009年

8 绳涛;欠驱动两足机器人控制策略及其应用研究[D];国防科学技术大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 丁称林;双足机器人的动力学建模与控制[D];大连理工大学;2002年

2 姜培玉;两足机器人动态步行研究[D];西北工业大学;2004年

3 戚开诚;仿人形机器人机构设计[D];河北工业大学;2004年

4 王剑;力/力矩传感器在仿人机器人运动控制中的应用研究[D];国防科学技术大学;2003年

5 王晏;人体下肢运动分析[D];大连理工大学;2005年

6 罗小美;基于ADAMS人体动力学的建模与仿真研究[D];广东工业大学;2006年

7 牛彬;可穿戴式的下肢步行外骨骼控制机理研究与实现[D];浙江大学;2006年

8 赵彦峻;人体下肢外骨骼工作机理研究[D];南京理工大学;2006年

9 邓欣;双足机器人步行稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

10 唐晓丹;基于视觉的人体运动分析算法研究[D];北京交通大学;2008年

【相似文献】

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1 张振祥,张璟;对我国医疗领域开展“人的可靠性分析”的思考[J];人类工效学;2002年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 魏俊红;陈建桥;葛锐;;基于或然性理论的可靠性分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

2 许孟辉;邱志平;王晓军;;结构模糊非概率混合可靠性分析方法[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

3 张治勇;孙柏涛;;不等高厂房抗震可靠性分析的一般方法[A];第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ册）[C];2007年

4 袁立峰;时钟;;产品退化状态的可靠性分析[A];中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会论文选[C];2008年

5 黄昆;梁建龙;;远洋测量船载卫通站可靠性分析及改进设想[A];卫星通信技术研讨会论文集[C];2004年

6 周全;蔡泽祥;王善生;肖伟强;;典型配网接线模式可靠性分析[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（上册）[C];2008年

7 杨笛;邱志平;;结构鲁棒可靠性分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

8 蔚林巍;;决策行动的可靠性分析[A];1992年中国控制与决策学术年会论文集[C];1992年

9 吕震宙;曹现涛;;人的可靠性分析中强度下降模型研究[A];第六届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2003年

10 董玉革;高亮;祁型红;;统可靠性分析的模糊方法[A];2005年全国机械可靠性学术交流会暨“车辆与工程装备质量与可靠性论坛”论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张穆勇;基于运行数据的风力发电设备可靠性分析方法和评估技术的研究[D];华北电力大学;2015年

2 李春洋;基于多态系统理论的可靠性分析与优化设计方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

3 肖宇峰;基于离散概率模型的二端网络可靠性分析[D];北京邮电大学;2009年

4 阎彬;结构—热耦合问题及结构疲劳的可靠性分析方法研究[D];西安电子科技大学;2013年

5 王世鹏;基于最大可能点摄动法的机械零部件可靠性分析[D];吉林大学;2008年

6 张立香;联合收割机底盘可靠性分析与评价方法研究[D];中国农业大学;2014年

7 拓耀飞;不确定弹性机构可靠性分析及其优化设计研究[D];西安电子科技大学;2007年

8 杨明;基于多层流模型的核动力装置可靠性分析及故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

9 赵维涛;飞行器结构可靠性分析与优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

10 高文宇;核电厂人因可靠性分析的几个问题研究[D];南华大学;2011年

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1 赵敏敏;大型平行轴斜齿轮减速器可靠性分析[D];郑州大学;2015年

2 李子先;基于退化模型的电子系统贮存可靠性分析方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 陈伟;仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析[D];电子科技大学;2015年

4 曾轲;Nicsys1000系统I/O模块的可靠性分析及安全评估[D];华北电力大学;2015年

5 谢斌;贝叶斯网络在可靠性分析中的应用[D];西南交通大学;2004年

6 王灵刚;随机结构的热可靠性分析[D];西安电子科技大学;2006年

7 刘训球;木质工字梁可靠性分析与仿真模拟[D];北京林业大学;2008年

8 杨子政;可靠性分析新方法研究与应用[D];西北工业大学;2006年

9 李实;路网连通可靠性分析方法的研究[D];北京交通大学;2009年

10 李强;库岸滑坡稳定可靠性分析及其工程应用[D];武汉理工大学;2003年

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