一种7自由度生机电假肢手臂的结构设计及运动学分析

发布时间：2017-06-06 05:07

  本文关键词：一种7自由度生机电假肢手臂的结构设计及运动学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生机电假肢手臂是指外观造型与真实人体手臂相似，运动功能与真实人体手臂相同，并且能够重建人体手臂缺失的运动功能的机械装置。在与一般工业机器人相比，它要求结构紧凑，外观自然优美，动作与真实人体运动协调一致。为此，本文设计了一种7自由度生机电假肢手臂，并在以下四个方面进行了研究： (1)研究了目前生机电假肢手臂的国内外发展情况，对目前假肢手臂设计热点及难点有了比较充分的认识。针对目前假肢设计中的热点之一的假肢结构轻量化和运动智能化作了比较深入的工作。 (2)对真实人体手臂结构进行了分析，主要研究了人体肩关节、肘关节、腕关节的骨骼肌肉组成原理，然后根据真实人体手臂建立了假肢运动自由度的分配模式。在假肢手臂重量以及各个关节的运动速度上也提出了要求。 (3)根据设计前期要使假肢轻量化的研究，最终确定了假肢手臂关节驱动机构选用了结构紧凑差动机构来实现。首先是采对传统的差速器进行了结构改进，然后把差速机构模块化处理，使之用在肩关节、肘关节等多个自由度的实现上。驱动机构则选用了盘式直流伺服电机加上谐波减速器的形式，，这样的布置是假肢手臂的宽度尺寸达到了最小。 (4)为了对假肢进行智能控制，对假肢的运动学进行了分析。根据假肢手臂的结构建立了D-H坐标系，在此基础上完成了假肢手臂的运动学正解分析。在假肢手臂逆运动学分析上，提出了利用swivel angle的优化方法，使假肢手臂的运动轨迹更加拟人自然。 本文完成了生机电假肢手臂的机械结构设计，然后对假肢手臂的正、逆运动学做出了详尽的分析，为生机电假肢手臂的设计奠定了一定的基础。
【关键词】：生机电假肢手臂 差动机构 运动学分析 冗余自由度优化
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.1;TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题的背景8
• 1.3 课题的研究意义8-9
• 1.4 假肢的发展历史9-11
• 1.5 假肢目前研究的热点11-12
• 1.6 假肢目前国内外研究情况12-15
• 1.7 论文的主要工作15-16
• 2 生机电假肢手臂总体设计16-24
• 2.1 生机电假肢生理学基础16-19
• 2.2 生机电假肢手臂总体设计19-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 生机电假肢机械结构设计24-38
• 3.1 生机电假肢手臂三维建模24-28
• 3.2 生机电假肢手臂关节差动机构设计28-31
• 3.3 生机电假肢手臂链传动设计31-35
• 3.4 谐波减速器在关节中的应用35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 生机电假肢手臂运动学分析38-53
• 4.1 生机电假肢手臂运动学基础38-39
• 4.2 生机电假肢手臂运动学正解39-44
• 4.3 生机电假肢手臂运动学反解44-51
• 4.4 基于运动学反解的假肢手臂运动功能试验51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 总结与展望53-54
• 5.1 全文总结53
• 5.2 研究展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 纪钢;;第二次全国残疾人抽样调查主要数据公报(第二号)[J];中国残疾人;2007年06期

2 罗源伟;机械产品参数化特征造型[J];桂林电子工业学院学报;2000年03期

3 方新;下肢假肢类型与早期假肢装配[J];中国残疾人;2004年12期

4 时凯飞;李瑞峰;;7自由度仿人手臂运动学研究[J];哈尔滨工业大学学报;2003年07期

5 谭冠政,吴立明;国内外人工腿(假肢)研究的进展及发展趋势[J];机器人;2001年01期

6 董春,徐文立,杨耕,孙立宁,李瑞峰;仿人手臂动力学控制实验平台的设计与实现[J];机器人;2004年01期

7 王海;蔡英凤;张为公;;一种7DOF机械臂逆运动学解析算法及其应用[J];江苏大学学报(自然科学版);2011年03期

8 童团刚;利用UG/OPENAPI开发标准件库[J];机械设计与制造;2004年01期

9 罗海玉,牛永江;基于特征的三维参数化标准件库研究[J];机械研究与应用;2004年04期

10 孟广军,张明,王安敏;UG软件的用户界面开发技术[J];机械;2004年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈文斌;人体上肢运动学分析与类人肢体设计及运动规划[D];华中科技大学;2012年

  本文关键词：一种7自由度生机电假肢手臂的结构设计及运动学分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：425433