负重型下肢动力外骨骼机器人结构优化与仿真研究

ｒ ｅｓ ｅ ａｒｃ ｈ

Ｉ
Ｄ
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２ ７５
１
７０
．
Ｗ 她 化 ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ
ｌ
ｏ ｐｍ ｅ ｎｔ ｏｆ ｓｃ ｉ ｅｎ ｃ ｅ ａｎ ｄ化 ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ
，
化ｅ ｓ 化 ｄｙ ｏ ｆ

ｈｕ ｍ ａ ｎ ｒｏ ｂｏ ｔ ｈ ａｓ ｅ ｎｔ ｅ ｒｅ ｄ ａ
ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒａｂ ｌ ｅｈ ｅ ｉ ｇｈ ｔ Ｔ ｏ ｄ ｅ ｓｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｏｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｍ ｂ ｅ ｘ ｏｓ ｋｅ ｌ ｅ ｔｏ ｎ ｈ ａｓ ｂ ｅｅｎ ｖｅ ｒｙ ｉ ｍ ｐ ｏｒ ｔａ ｎｔ Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅｒ
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Ｌ ｏ ａｄ
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ｓ

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ｃ ａｒｒ ｉ ｅｄ ｏｕｔ ｕ ｎｄｅ ｒ ｔｈ ｅ ｆ ｉｉ ｎｄ ａｍ ｅｎｔ ｏ ｆ
。
除文 中 明 确注明和 引 用 的 内容外
自 撰写
，
本 论文 不
。
包 含 任 何他 人 己 经 发 表 或 撰 写 过 的 内 容
论 文 为 本人 亲
并对 所 写 内 容 负 责
论 文 作 者签
辦文
年
月
呼日
华 东 理 工 大 学 硕 ± 学 位 论 文 第 页
在 建 立完 机 械 结 构 的 基础 上
深 入 分析
。
从 实用 性
、
科 学 性 角 度 对 动 力 下 肢 外 骨 骼进行 了 运 动 学
，
通 过Ｓ
ｉ
ｍｕｌ ｎｋ
ｉ
和Ｓ
ｉ
ｍＭ ｅｃ ｈ ａｎ ｉ ｃ ｓ
对 其 仿 真分 析
，
得 到 下 肢 动 力 外 骨骼 机 器 人在 连 续
与 中 国 正 常 人体 的 运 动 理 论 值 相 比
ｔ
，
ｍｅ ｃｈ ａｎ
ｉｓ
ｍ
，

ｔ
ｈ ｅ ｓ ｔａｔ ｅ ｏ ｆ ｍ ｏｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｎｏ ｒｍ ａｌ ｈｕ ｍａ ｎ ｌ ｉ ｍ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｏｎ

．

Ｗ
ｉ
ｔ
ｈ
ｈ ｅ ｂａ ｓ ｉｓ ｏ ｆ
ｃ ａ ｒｅ ｆ ｕｌ ａ ｎ ａｌｙ ｓｉ ｓ ， ｗｅ ｐ ｒｏｐ ｏｓ ｅ ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ｓ ｃ ｈ ｅｍ ｅ ｂ ｙ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ｔｈ ｅ ｏｒｙ
，
提出
一
种 设计方 案
。
，
并 通 过 螺 旋 理论
，
明 确 外晉 豁 的 自 由 度配 置 进而 验证 该 方 案 的 合理 性 与 可 行性
Ｓ ｏｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒｋ ｓ
在 从仿 生 学 的 角 度
通过
软 件对 外 骨 骼机 器 人 重 要 部 位 进行 Ｈ 维 建 模
，
。
ｔ
＇
ｓ
ｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ｏｒ ｙ ｏ ｆ ｋｉ ｎ ｅｔ
。
运 动 过 程 中 重 要部位 的 角 度变化 图 与 末 端 空 间 变 化 图
较
，
仿 真结 果 表 明 所 建 立模 型 符 合 要 求 在 设计过 程 中
，
，
与 正 常 人 体 的 运 动 特 征相 匹 配
、
使 用 Ａ Ｎ ＳＹ Ｓ 仿 真 软 件 对外骨 骼 机器 人 的 小 腿
大 腿 化及 传 感靴 进行 有
．
Ｉ
ｎ

ｔ
ｈ ｉ ｓ ｓ ｃｈ ｅ ｍ ｅ

，

ｗ ｅ ｄｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔｈｅ Ｄ ｏＦ
ｉｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｅｘｏ ｓ ｋｅ ｌ ｅ ｔｏ ｎ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔｈ ｅ ｃ ｏｎ ｆ ｉ ｇｕ ｒａｔ


．

Ｔ ｈ ｅｎ ｗ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｖ ｅｒｉ ｆ ｙ ｔｈ ｅ
。
限 元 伤 真分 析
，
仿 真 分 析结 果 表 明 所 设 计 的 外 骨 骼结 构在 强 度 和 刚度 方 面 符 合 要 求
，
通 过 从 螺 旋 理 论 对 外 骨 骼 结 构 合 理 性 进 行分 析
行 仿真 分 析
理 论上
、
，
Ｓ ｉｍ 山ｉ ｎｋ
和Ｓ
ｉ
ｍＭ ｅｃ ｈ ａｎｉ ｃ ｓ
：

传感测 控

，
洁
论 文 作者
：
—
＾
－
指 导 教 师 曹 恒 教 授 ｐ＾＊ＺＳ
；
Ｍ
ｇ ？
定稿
日
一
期
：
２ ０１ ５
年
４
月
２０
日
社 啤
‘
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＾

—

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ｒ
．

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＇
．
＇
学位 论 文 使 用 授 权 声 明
本 学 位 论 文作 者 完 全 了 解学 校有 关 保 留

■
ｍｏ ｄｅｌ ｉ ｎ ｇ ｏｆ ｔｈ ｅ


ｉ
ｍｐ ｏ ｒ ｔａｎｔ ｐａｒ ｔｓ ｏ ｆ 化 ｅ


ｒｏｂｏ ｔ

ｒ ｏｍ 化 ｅ ｐｏ ｆ


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ｎｔ ｏｆ

化ｅ

ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｂ ｉ ｏｎ ｉ ｃｓ

．
Ａｆ ｔ ｅ ｒ
ａｎ ａｌ ｙｓ
ｉｓ
ｔ
ｍ ｉ ｓ ｈｍ ｅｎｔ ｏｆ ｔｈ ｅ ｍ ｅｃｈ ａ ｎｉ ｃ ａｌ ｓ ｔ ｒｕｃｔ ｕ ｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌｉ ｎｇ ｐ ｒｏ ｇｒ ａｍ ｗ ｅ ｎ ｅｅ ｄ ｔ ｏ ｈｅ ｆ
使用 学 位 论文 的 规 定
、
，
同 意 学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部 口 或机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版
。
，
允 许论 文 被 查 阅 和 借 阅 本 人 授 权 华 东 理 工 大 学 可 Ｗ 将本 学 位 论 文 的 全部 或 部分 内 容 编 入 有 关 数据库 进 行 检 索
＞｜ 日
：
期
；
年 巧
日 期 方
；
方月
分类 号
Ｕ Ｄ Ｃ
：
Ｒ２ ４ １
；
ＴＰ ３ ９ １

密级
：

＇

：


华 东 理 工 大 学
学 位 论 文
负 重 型 下 肢动 为 外 骨 骼机
器 人结 构 优化 与 仿 真研 究
指 导 教 师 姓 名 曹 恒
，

化 ｅ ｄ ｙｎ ａ ｍ
ｉ
ｉ
ｃ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｅ ｘｔ ｒ ｅｍ ｉｔ ｙ ｅｘ ｏ ｓｋ ｅｌ ｅ ｔｏｎ ｆ ｒｏｍ ｏ ｔｈ ｅ ｒ ａ ｓｐ ｅ ｃ ｔ ｓ
．
Ｗ ｅ ｕ ｓ ｅ ｔ ｗ ｏ ｓｏ ｆ ｔ ｗａ ｒｅ
ｉ
ｉｒ ｉ ｆ ｌ Ｕｈ ｅ ｓ ｎａ ｍｅ ｄ 巧 ｎｒ ｎ ｌ ｎｋ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍ Ｍｅ ｃ ｈ ａｎｉ ｃｓ Ｕ） ｆ
，


ｒ ａｔｉ ｏ ｎａ ｌ ｉ ｔｙ ａｎｄ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔｙ
出 ｍｅ ｎｓ ｉｏｎ ａｌ
ｏ ｆ 化 ｅ ｓ ｃ ｈｅｍｅ Ｆｉ ｎａ ｌｌｙ
．
，
ｗ ｅ ｕｓｅ ｔｈｅ ｓ ｏｆ ｔ ｗ ａｒｅ ｎａ ｍ ｅｄ Ｓ ｏｌ ｉ ｄｗ ｏ ｒ ｋｓ ｔ ｏ ｂ ｕｉ ｌ ｄ 化 ｅ ｔｈ ｒｅ ｅ

ｔｈ
ｅ

Ｎ ａｔ ｉ ｏｎ ａ
，
ｌ
Ｎ ａｔ ｕ ｒａ
５
１
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Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｆｏｕ ｎｄ ａｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ

Ｃｈ ｉｎ ａ
：
ｔ
ｈ ｅ Ｓ Ｅ Ａ ｏ ｆ ｃ ｏｎ ｔｒ ｏｌ ｌｅ ｄ


ｓｔ ｉ ｆ
ｉｉ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ａ ｓｔ ｆ ｉ ｃ ａｃ ｔｕａｔ ｏｒ
：


期
；

答 辩 委 员 会 主 席 林 硕 宗
；
糸
刮 泉投
评
阅
人
：
张 青
林碼 宗
作
者
声
明
我 郑重 声 明
的指 导下
，
：
本 人恪 守 学 术 道 德
，
祟 尚 严谨 学 风
。
。
所 呈 交 的 学位 论 文
，
是 本人 在导 师
，
独 立 进 行 研 巧 工 作所 取 得 的 结 果
ｉ
ｒ
ｉｒ
ｍｉ
ｌ
ａ ｔｉ ｃ ｎ ａｎ ａ ｌ
ｙｓ
ｉ
ｓ
．
Ｄｕ ｒ ｉ打 ｇ 化 ｅ ｓ

ｔ
ｍ ｕｌ ａ ｔ ｏｎ
ｉ
ｉ
，
ｗｅ
ａｎ ａｌ ｙ ｚｅ ｔｈ ｅ ｌ ｏｗ ｅ ｒ ｅ ｘｔｒ ｅ ｍｉｔ ｙ ｅｘ ｏ ｓ ｋ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏｎ ｆ ｉ ｏｍ ｔｈ ｅ ｋ ｉ ｎｅ ｍａ ｔｉ ｃ ｓ ａ ｓ ｐ ｅ ｃｔ

ｔ
ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇｅ ｏ ｆ ｌ ｅ ｇ ａ ｒｏｕｎｄ


ｔ
ｈ ｅ ｋ ｎ ｅｅ ｒｏｔａ ｔ ｉｏｎ


ｒｅ ｌ ａ
ｉｖｅ ｔ
，

ｔ
ｏ ｔｈ ｅ ｔｈ ｉ ｇｈ
．
Ｗ ｅ
ａｌ ｓ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ａｒ ｅ ｔ ｈｅ ｒ ｅｓ ｕ ｌ ｓ ｗ ｉ ｔｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ
对 其运 动 学 进
ＡＮ Ｓ ＹＳ 对 其 结 构 强 度 和 刚 度 进 行 有 限 元 分 析
、
，
验 证 所设 计 的 外 骨 骼机 器 人 在
运 动上
结 构 强度 与 刚 度 上 均符 合要 求
，
表 明 了 所 设计 的 外 骨 骼 具 有合 理 性 与 有
效性
。
，
随 着科 学 技 术 的 发 展
一
人 类对机 器 人 的 研 巧 已 经 进 入
一
个 相 当 的 高度
。
为 了 研 究 设计
套符 合 人体 需 求 并 且 结 构 合 理 的 下 肢 动 力 外骨 骼 机器 人
、
，
本 文 在 对 正 常 人 体 下 肢 的 生理
结构
运 动 机理
、
运 动 状 态进行 仔 细 分 析 的 基 础 上
：
教授
华 东 理工 大学 机 械 与 动 力 工 程 学 院
申 请学 位 级 别
：
硕 ±专
２０
１
业 名 称
：
机械 电 子 工 程
２０
论 文 定稿 日 期
学 位授 予 单位 学 位授 予
日
：
５
．

０４
．

２０
论 文答 辩 日 期 华东 理王 大 学
：
巧
．
０５
．

０９
，
可
采用 影 印
、
缩印或扫
。
描 等 复 制 手段 保 存 和 汇 编 学 位 论 文
论文 涉密情 况
Ｂ 不保密 □ 保密
：
。
保 密 论 文 在解 密 后 遵 守 此 规 定
，
保密 期
（
＿
年

月

日
至
＿
年
＿
月
＿
日
）
学位 论 文 作 者 签 名
日
指 导 老 师 签名
学
每 ０ ３ ０
１
２ ０３ ３ ４
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惡 顯 ＃ 褒 么 灣
硕 ± 学 位 论 文
论 文 题 目 负重 型 下肢 动 力 外 骨 骼 机
：
ｊ
；
甲
与
￣
器 人 结 构 优化 与 仿 真 研 究
学 科 专 业 机械 ｇ 子 １ 程
：
，
，
研 究方 向
．
．
ｒｏ ｍｔｈ ｅ ｐ ｈｙｓ ｐｒｏｐ ｏ ｓｅ ａｄ ｅｓ ｉｇ ｎ ｓ ｃｈ ｅｍ ｅ ｂ ａ ｓ ｅｄ ｏｎ ｔｈ ｅ ｓ ｔｕｄｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｈｕ ｍａｎ ｂ ｅ ｉ ｎｇ ｆ
ｍｏ ｖ ｅｍ ｅｎ
ｔ
ｉ
ｃａ ｌ ｓ ｔ ｒｕｃｔ ｕｒ ｅ
ｔ
．
Ａｆ ｔｅ ｒ

ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｋ ｔ ｉ ｏ ｉｉ

，
ｗ ｅ ｇｅ ｔ
ｈ ｅ ａ ｎ ｇｌ ｅ ｃｈ ａｎ ｇ ｅ ｏｆ ｔ ｈｉ ｇ ｈ ａｂ ｏｕ ｔ ｈ ｉｐ ｓ ｈ ａｆ ｔ



ｒ ｏ ｔａｔｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａｓ ｔｈ ｅ ａｎ ｇｌ ｅ ｏｆ
Ｉ
负 重 型 下 肢 动 力 外 骨 骼 机器 人 结 构 仇 化 与 仿 真 研 究
摘要
本 课 题 源 于 国 家 自 然科 学基 金
巧》
（
：
《
基 于 能 量 优 化 的 外 骨 骼可 控 刚 度 串 联 弹 性执 行 器 研
。
编号
：
５ １ ２ ７ ５ １ ７０
）
并 在其 资 助 下 开 展 的 有 关动 力 外 骨 骼研 究
关键 词
：
外 骨骼
；
螺旋
；
Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ｉｎ ｋ
；
Ｓ
ｉ
ｍ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａｎｉ ｃ ｓwenku.baidu.com
；
冗余
第
Ｉ Ｉ
页 华 东 理 工 大 学
硕 ± 学 位论文
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｓ ｔｒ ｕ ｃｔ ｕ ｒｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉｍ ｕ ｌ ａ ｔｉ ｏ ｎ ｏ ｆ