模块化外骨骼机器人设计方法.pdf

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1、模块化外骨骼机器人设计方法陈浩，殷跃红(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)ModularDesignMethodforExoskeletonRobotCHENHao，YINYue—hong(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)摘要：提出了一种针对原创设计的模块化方法，0引言将其运用于外骨骼机器人的设计中。利用KusiakChow聚类算法将机器人零部件模块化，采用2个外骨骼机器人一般定义为节肢动物体外的骨架或者支撑机构

2、。国内外学者已经展开了很多相关研优化评价准则进一步进行优化设计。模块化的外骨究，如加州伯克利大学研制的BLEEX、瑞士苏瑞士骼机器人可以通过重构迅速满足多种康复需求和市联邦工业大学研制的Lokomat机器人、瑞士HO—场需要。此方法可以运用于其他原创设计概念设计COMA公司研制的床式外骨骼康复系统。但是这阶段的模块化优化，从而达到在概念设计阶段将设些外骨骼机器人大都体积巨大、价格昂贵和功能单计模块化的目的，使产品能通过模块化实现快速功一。人的体貌千差万别，功能需求也是各不相同。能拓展和易于后期维护。因此，对于外骨骼机器人需要进一步研究。关键词：外骨骼

3、机器人；模块化；初始设计；概念模块化旨在将产品设计成为由彼此分离的模块设计够成，很多学者对此做出了研究。模块化产品可以得到多方面的优势，如装配拆卸的简化、方便的维护中图分类号：TH13；TP24服务、易于扩展功能和易于零部件的循环再利用。文献标识码：AUlrich和Tung[1提出模块化是设计中重要的趋势，文章编号：1001—2257(2013)06—0062—04并且给出了模块设计中的一些准则。模块化研究主Abstract：Thispaperpresentsamodulardesign目前主要集中于2个方面[2]：功能方面，主要针对产methodf

4、ororiginaldesignandappliesittothede—品功能的可升级能力、同簇产品功能多样化和顾客signofexoskeletonrobot．Themethodisclassified定制化；全生命周期设计，使得产品后期易于维护服intoinitialdesign，functionstructureanalysis，in—务、使得某些模块得以循环再利用等。其中，基于功teractionmatrix，generationofmodulesandassess—能的模块化设计更适用于原创设计，即没有形成设计标准的产品设计；而全生命周期设

5、计更适用于产mentofmodularity．KusiakChowalgorithmisem—品已经形成既定标准，且大批量生产广泛应用的产ployedtomodularizetheexoskeletonrobotand品设计。近1O年来，全生命周期设计广受关注，许twoprinciplesisfurtherusedtoassessmodularity．多学者对其进行了研究并且将此方法应用到了很多Thismethodisapplicabletootheroriginaldesigns．产品_2]，包括吸尘器、汽车空调系统、汽车底盘和Thereforeo

6、riginaldesigncanachievemodularity发动机。而对于普通的针对功能的原始设计的模块duringconceptualdesigntofulfillquickadaptation化则研究甚少。这部分由于初始设计时各种参数、要求极其约束往往不能完全得出，且各种产品的功tomultiplefunctionandmarketrequirements．能干差万别，难以形成一个公用的模块化设计方法。Kevwords：exoskeletonrobot；modulardesign；而初始设计隶属于概念设计阶段，概念设计对于产original

7、design；conceptualdesign品功能成本具有决定性的作用，因此，应当对于原创收稿目期：2013—01—04设计中的模块化设计给予更深入的研究。《机械与电子)2013(6)·62·人KusiakChow算法可以迅速减少迭代次数，从而减总的关联值和的比值，其理想值为1，如果模块化有少在初始设计时的成本。效其应该大于一个下限值P；CN为模块间零部件具体运算结果如图4所示。的关联值与模块内零部件的关联值总和，其理想值l3579B468ACFG2DE为0，模块化有效时其比值应该小于上限值Q。l21l1P和Q由设计者根据模块化程度的具体要求3l2

8、2l来确定。运用式(1)来评估3个模块的模块化程度，5l222其中，P设为0．8，得到CM1—0．84，CM