关节机构的结构设计与分析

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1、西北T业大学硕十学付论文摘要摘要关节机构广泛应用于假肢、仿生机器人等领域，采用仿生学的方法研究新型关节机构具有重要的研究意义。本文以人体膝关节为设计原型，研究关节机构的结构设计与仿真：第一，针对传统关节机构在结构和驱动方式存在的不足，提出了以人体膝关节为仿生原型，设计关节机构。对人体膝关节的结构、功能和驱动机理进行分析，为关节机构的设计提供理论基础。第二，在广泛查阅国内外对关节机构研究现状的基础上，结合对人体膝关节结构和驱动机理的研究，初步设计本文的关节机构；分别采用结构仿生和功能仿生两种方法，提出关节机构的概念设计，对两种方案进行比较分析和优选，并对优选

2、的机构进行详细设计。第三，采用UG建立了关节机构的三维几何零件模型和装配模型；指出了关节机构的组成、各零件的作用及关键部位；分析关节机构的自由度、干涉情况和运动幅度；建立关节机构的有限元模型，采用了ANSYS对关节的强度进行校核。第四，利用人体建模软件Ijfe．Mod建立了人体下肢数据模型，对人体膝关节进行运动学分析，并选择了一对对抗性的气动人工肌肉作为该关节的驱动力，采用了ADAMS2005对关节进行动力学分析，分析结果表明该关节具有人体膝关节的基本功能。通过本文对人体膝关节驱动机理、关节机构的结构设计和分析的研究，为设计新一代关节机构的提供一定的理论基

3、础和参考数据，研究成果还可以应用于仿生装置、护理机器人、航天设备中。关键词：人体膝关节，关节机构，气动人工肌肉西北T业大硕士学论文ABSTRAGqlABSTRACTJ0immechanismiswidelyusedinthefieldofartificiallimbsandbionicrobotsmanufacture．Anditisofvitalsignificancethatinvestigatingthenoveljointmechanismwithbionicmethod．Thestructuraldesignandanalysisforjoint

4、mechanismisstudiedbasedonthekneejointofhuman．Themainresearchworkinthispaperisasfollow：Firstly,be,causeofthedeficienciesofthetraditionaljointmechanismattheaspectsofstructureanddrivemode，anoveljointmechanism，whichtakesthekneejointofhumanasthebionicmodel，ispresented．Andthestructure,f

5、unctionanddrivemechanismforthekneejointofhumanateanalyzed，whichhaslaidthefoundationforthedesignofjointmechanism．Secondly,combiningtheresearchonthestructureanddrivemechanismforthekneejointofhuman，thejointmechanismconcernedispreliminarilydesignedonthebasisofwidelyreferringtotheresea

6、rchingliteratures．Thirdly,3-DmodelforthejointmechanismisestablishedandassembledwiththesoftwareUGThecomponentsandkeysectionsofthejointmechanismalepointedout．Thedegreeoffreedom，interferenceandmotionrangeofthejointmechanismarealsoanalyzed．Thefiniteelementmodelofthejointmechanismiscon

7、structedandthestrengthanalysisofthejointiscarriedoutwiththesoftwareANSYS．Fourthly,thenumericalmodelforthelowerlimbsofhumanisestablishedwithsoftwareLifeMod．ThedynamicanalysisofthekneejointofhumanisimplementedwithsoftwareADAMS2005，whichtakesthepneumaticartificialmuscleofantagonismas

8、thedriveofthisjoint．Theresultssho