仿生下肢外骨骼机器人关键零件可靠性分析

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1、．．Ｊ＇■■■＇■■．矣去种成＊葦ＮＤＨＮＯＬＯＧＶＯＦＣＨＩＮＡＵＮＩＴＹＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＣＩＥＮＣＥＡＴＥＣＩＶＥＲＳＯＦＥ＇■■■－－■－■ｒ／：；．：：：硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ；覇酵巧義ｓ个＾續勺手麵；．＇；．！４；，．．论文题目仿生下肢外骨骼机器人关键零件可靠性分析－学科专化机械电子工程＇学号２０１３２１０８０１３６作者姓名石虎ｒ指导教师凌丹副教援＇？

2、■■■—＂＂■■．—Ｓ鸣－■独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作。及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。：７ｙｉ呆円期：心年占月口作者签名＇论文使用授权本学位论义作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定，

3、有权保留并向圏家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。全允许论文被查阅和借阅本人授权语子科技大学可Ｗ将学位论文的？印或扫部分，采用影印、缩描内容编入有关数据库进行检索可部或手段保存、汇编学位论文。等复制）（促密的论义在解密后喧遵此规定学位守太者签：导师签名：名。．作？衣ｆ：／年月曰Ｈ期如备告分类号密级注1UDC学位论文仿生下肢外骨骼机器人关键零件可靠性分析（题名和副题名）石虎（作者姓名）指导教师凌丹副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械电子工程提交论文日期201

4、6.04论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheKeyComponentReliabilityAnalysisofTheBionicLowerExtremityExoskeletonRobotAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MechatronicsEngineeringAuthor:ShiHuAdviso

5、r:AssociateProf.LingDanSchool:SchoolofMechatronicsEngineeringofUESTC摘要摘要仿生下肢外骨骼机器人是机器人领域里新兴的研究热点，它是一种结合了机械、电子、控制、计算机技术、传感技术和医学科学技术的可穿戴的设备。下肢外骨骼机器人在结构设计上模仿了人体骨骼的结构和自由度，其运动方式建立在人体步态研究的基础上，可以给穿戴者提供支撑、助力、保护等。下肢外骨骼机器人是直接穿戴在人体上的，主要服务于下肢瘫痪的残障人士，帮助他们重新站立行走，其可靠性和安全性是非常重要的。通

6、过查阅国内外相关的文献资料，了解国内外科研机构对下肢外骨骼机器人的研究历程，发现大多数的研究方向为结构和控制方面的设计，而对机器人最重要的可靠性却少有研究，因为机器人一旦发生失效，轻则停机，重则会使人受伤，因此提出对外骨骼机器人关键零部件可靠性分析，保证机器人安全平稳的运行。本文分析了下肢外骨骼机器人的结构和功能，通过对结构件进行受力分析，确定下肢外骨骼机器人关键零部件为弧齿锥齿轮、腰部支撑杆件、髋关节连杆和膝关节连杆。利用应力-强度干涉理论对下肢外骨骼机器人的关键零件弧齿锥齿轮进行了研究和理论计算，获得齿根弯曲应力和齿面接

7、触应力的可靠度。利用有限元分析软件对弧齿锥齿轮，腰部支撑件，膝关节连杆，髋关节连杆进行了应力、应变、位移和疲劳分析，得到这些关键零件的变形和应力等情况，符合设计要求。本文重点研究了针对弧齿锥齿轮的加速寿命试验的设计，设计了加速寿命试验台的方案，利用Miner损伤累积假说确定加速寿命试验的时间；设计了转动惯量轮盘，电机通过齿轮带动惯性轮盘加速旋转，利用刚体绕定轴转动的运动微分方程就能确定齿轮间作用力的大小；设计并校核了轴和键的刚度和强度，并选型了三款轴承，设计了桌架，利用SolidWorks对试验平台进行3D建模，出工程图，加

8、工制造。关键词：下肢外骨骼机器人，弧齿锥齿轮，应力-强度干涉理论，有限元分析，加速寿命试验IABSTRACTABSTRACTThebioniclowerlimbexoskeletonrobotistheemerginginvestigativehotspotinthefieldofrobo