大学毕业论文---下肢助力外骨骼机构设计与研究.doc

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1、硕士学位论文下肢助力外骨骼机构设计与研究RESEARCHANDMECHANISMDESIGNOFLOWERLIMBPOWEREXOSKELETONS（全日制工程型）国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文下肢助力外骨骼机构设计与研究ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDMECHANISMDESIGNOFLOW

2、ERLIMBPOWEREXOSKELETONS哈尔滨工业大学工程硕士学位论文0要外骨骼研究已成为国内外机器人技术领域研究的热点。外骨骼机器人能够有效结合人类的智慧和机器人的强壮，让复杂环境下的负重难题不复存在。随着单兵作战装备重量的提高，一款适用于士兵穿戴，能有效提高士兵负重能力，且适用于各种复杂环境的外骨骼机器人具有极大的应用前景。本论文围绕下肢助力外骨骼的机械驱动系统设计、运动学和动力学分析、传感系统设计及仿真和实验等关键问题进行了深入的研究。在对人体下肢运动机理进行仔细分析的基础上，本论文对

3、下肢助力外骨骼的机械驱动系统进行了设计和研究。根据仿生设计的方法，对外骨骼的髋关节、膝关节和踝关节等结构进行了设计，并对髋关节、大腿连杆、小腿连杆等关键零部件进行了有限元力学分析；最后结合关节肌肉运动机理，对外骨骼液压驱动系统方案进行了设计。针对外骨骼机械结构，本论文对下肢助力外骨骼进行了运动学及动力学分析。对外骨骼机械腿进行D-H建模，求解运动学正解，采用微分变换法求雅克比矩阵。然后采用拉格朗日功能平衡法，对外骨骼进行动力学求解。根据外骨骼整体结构和控制策略，本论文对下肢助力外骨骼的传感系统进行

4、了设计。通过分析人体足底压力分布信息，对压力传感器进行了选取和布位，并设计传感鞋，保证采集压力的可靠性和传感器的安全性。选取了合适的关节转动角度传感器，实现对外骨骼进行准确的控制。最后，本论文对下肢助力外骨骼进行了仿真分析及实验研究。仿真分析主要包括关节仿真和行走仿真；实验研究则包括穿戴舒适性试验、关节信息采集实验、步态信息采集实验和外骨骼关节驱动实验等。仿真与实验结果表明，下肢助力外骨骼机械结构设计合理可靠、穿戴舒适，能够满足外骨骼负重和灵活性要求。关键词：下肢助力；外骨骼机器人；结构设计；运动

5、学与动力学-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractResearchonexoskeletonhasbecomehotspotofrobotictechnologyathomeandabroad.Exoskeletonrobotcancombinewiththewisdomofhumanbeingandthestrengthofroboteffectively,solvingtheproblemonweight-bearinginthecomplexenvironments.Withth

6、eweightimprovementofindividualcombatequipment,ExoskeletonRobotthatsuitsforthesoldiers,hasgreatpotentialapplications,whichisdesignedtoimprovetheWeightcapacityofsoldiersinthevariouscomplexenvironment.Thepaperhasafurtherstudyonthedesignofmechanicaldrives

7、ystem,analysisofkinematicsanddynamics,designofsensingsystem,andthesimulationandexperimentofLowerLimbPowerExoskeleton.BasedontheanalysisofHumanlowerlimbmovementmechanism,themechanicaldrivingsystemofLowerLimbPowerExoskeletonisdesigned.Accordingtothemeth

8、odofbionicsdesign,wedesignthestructureofmechanism,includingthehipjoint,kneeandankleandsoon,andconductthefinite-elementanalysisforthekeyparts.Finallycombiningthemechanismofjointmusclemotion,wedesigntheexoskeletonhydraulicdrivingsystem.Aimingatt