穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計【三維SW】

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現(xiàn)代機器人所具有的機械動力裝置使得機器人可以輕易地完成很多艱苦的任務(wù)，比如舉起、搬運沉重的負(fù)載等。雖然現(xiàn)代機器人控制技術(shù)有了長足的發(fā)展，還遠(yuǎn)達(dá)不到人的智力水平，包括決策能力和對環(huán)境的感知能力。與此同時，人類所具有的智能是任何生物和機械裝置所無法比擬的，人所能完成的任務(wù)不受人的智能的約束，而僅受人的體能的限制。因此，將人的智能與機器人所具有的強大的機械能量結(jié)合起來，綜合為一個系統(tǒng)，將會帶來前所未有的變化，這便是穿戴式機器人的設(shè)計思想。 審核意見： 審核人簽名： 年 月 日 題目類型－－1、為結(jié)合科研；2、為結(jié)合生產(chǎn)實際；3、為結(jié)合大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃；　 4、為結(jié)合學(xué)科競賽；5、模擬仿真；6、其它 題目來源－－A.指導(dǎo)教師出題 ； B.學(xué)生自定、自擬； 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 教 科 部： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名: 蔣璞 學(xué)號: 100007117 畢業(yè)（論文）題目： 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 設(shè)計（論文）地點： 揚州大學(xué)江陽路南校區(qū) 指 導(dǎo) 老 師： 周 建 華 專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書日期： 2014年 4月9 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)論文任務(wù)書 論文題目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 年級 大四 專業(yè) 機械設(shè)計制造 及其自動化 學(xué)生姓名 蔣璞 學(xué)號 100007117 主要內(nèi)容： 1. 具有較好的機械設(shè)計理論基礎(chǔ)，能熟練掌握二維和三維的制圖軟件，具有比較強的獨立研究和探索能力，具有較強的主動溝通意識。 2. 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計,完整的機械設(shè)計過程及其說明； 3. 完成二維或者三維的設(shè)計圖紙繪制； 4.查閱文獻(xiàn)15篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料； 5.撰寫開題報告：包括工作任務(wù)分析、調(diào)研報告或文獻(xiàn)綜述、方案擬定與分析以及實施計劃等； 6.撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。 主要任務(wù)及基本要求（包括指定的參考資料）： 主要任務(wù)及基本要求： 1、撰寫開題報告：包括工作任務(wù)分析、調(diào)研報告或文獻(xiàn)綜述、方案擬定與分析 以及實施計劃等； 2、查閱文獻(xiàn)14篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料； 3、熟練運用二維三維繪圖軟件； 4、撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。 主要參考文獻(xiàn)： 【1】李研彪，劉毅，李景敏，計時鳴，趙章風(fēng)，新型擬人機械腿的參數(shù)優(yōu)化， 2013. 09. 【2】計時鳴，劉毅，李研彪，李景敏，一種新型擬人機械腿的運動傳遞性能分析，1001-4551(2012)10-1125-05 【3】伊蕾，助行康復(fù)機器人控制策略研究，2012,04 【4】鄧楚慧，穿戴式下肢康復(fù)機器人機構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計，2012,6.10 【5】劉毅，一種新型擬人機械腿的性能研究，2012,12 【6】尹軍茂，穿戴式下肢外骨骼機構(gòu)分析與設(shè)計，2010，05 【7】趙豫玉，穿戴式下肢康復(fù)機器人的研究，2009,03 【8】王志鵬，郭險峰，穿戴式下肢外骨骼康復(fù)機器人機械設(shè)計，1672-3791 【9】余聯(lián)慶，吳昌林，馬世平，基于仿生研究的步行機緩沖型腿機構(gòu)設(shè)計，1671-512( 2005) 06-0105-03 【10】金振林，曲夢可，六足步行機器人的并聯(lián)機械腿設(shè)計，10. 3788/OPE. 20122007. 1532 【11】金振林，曲夢可，三自由度并聯(lián)機械腿靜力學(xué)分析與優(yōu)化，1002-6811 【12】孫恒 陳作模 葛文杰. 機械原理 西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編，第七版，高等教育出版社，2006.5 【13】濮良貴 紀(jì)名剛.機械設(shè)計 西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研 編，第八版，高等教育出版社，2006.5 【14】周建方等.材料力學(xué) 機械工業(yè)出版社，普通高等教育機電類規(guī)劃教材，2002.1 【15】機械制圖 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室編，第六版，高等教育出版社，2007.7 發(fā)出任務(wù)書日期： 2014年2月22日　　　　　　完成期限：2014年4月9日 指導(dǎo)教師簽名：　　　　　　　　　　　　　　專業(yè)主任簽名： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）實習(xí)調(diào)研報告 學(xué) 生 姓 名： 蔣璞 學(xué)號： 100007117 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指 導(dǎo) 老 師： 周 建 華 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué) 生 姓 名： 蔣璞 學(xué) 號：100007117 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計(論文)題目： 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 指 導(dǎo) 老 師： 周 建 華 2014年 4 月 9 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題　目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 題目來源 指導(dǎo)老師出題 題目類型 為結(jié)合科研 指導(dǎo)教師 周建華 學(xué)生姓名 蔣璞 學(xué) 號 100007117 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備與總結(jié)，研究目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段、 內(nèi)容及時間安排；完成畢業(yè)設(shè)計（論文）所具備的條件因素等。） 本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： （1）培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)查研究以及資料、信息的獲取、分析等綜合能力； （2）培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力，主要包括設(shè)計、計算及繪圖能力； （3）培養(yǎng)學(xué)生的綜合運用專業(yè)理論知識，分析解決實際問題的能力； （4）培養(yǎng)學(xué)生的在設(shè)計過程中使用計算機的能力； （5）培養(yǎng)學(xué)生的撰寫設(shè)計說明書、論文的能力； （6）培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。 本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃： 起止日期 工 作 內(nèi) 容 2014-02-22~2014-03-31 2014-04-1～2014-05-30 2014-06-01～2014-06-07 畢業(yè)設(shè)計開始，查閱中外文資料，完成外文翻譯，完成實習(xí)調(diào)研和實習(xí)報告，完成開題報告； 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，接收畢業(yè)設(shè)計中期檢查，根據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)原理設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文； 修改完善畢業(yè)論文、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯、整理畢業(yè)設(shè)計期間的所有資料、成果并歸檔。 　 文 獻(xiàn) 綜 述 一、課題研究的內(nèi)容及意義 穿戴式智能設(shè)備”是應(yīng)用穿戴式技術(shù)對日常穿戴進(jìn)行智能化設(shè)計、開發(fā)出可以穿戴的設(shè)備的總稱，如Ekso Bionics機械腿，鞋等。 機械腿的研究是步行機器人研究的核心內(nèi)容。步行機器人是一個交叉學(xué)科的研究，它涉及仿生學(xué)、機械學(xué)、控制學(xué)及信息處理技術(shù)等。步行機器人在多個行業(yè)具有很多應(yīng)用優(yōu)勢，逐漸成為國內(nèi)外機器人研究領(lǐng)域的一個熱點。步行機器人與其他履帶式、輪式機器人相比，具有以下的運動特性。 (1)步行機器人具有良好的地面自適應(yīng)性 步行機器人可以在復(fù)雜的地形上利用離散的點來選擇最優(yōu)的地面支撐點，并且可以跨越一定的障礙物。 (2）步行機器人的腿部運動系統(tǒng)比較穩(wěn)定 步行機器人的腿部運動系統(tǒng)可以保證身體相對地面的穩(wěn)定，因其腿部具有多個自由度，靈活性大，同時可以通過調(diào)節(jié)腿的伸展度來調(diào)整重心，因此不易翻倒，穩(wěn)定性高。 仿人機器人作為步行機器人的一種形式，是提高機器人機動性和節(jié)省能源的一條重要途徑。仿人機器人是機器人研究領(lǐng)域最高研究成果的代表。相對于其他機器人，仿人機器人具有人的外形，并具備良好的人機交互能力，所以在娛樂服務(wù)等領(lǐng)域，仿人機 器人具有更明顯的優(yōu)勢。 仿人步行機器人具有諸多的優(yōu)勢，使其成為日前研究的熱點。為使機器人腿部能協(xié)調(diào)而穩(wěn)定的運動，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)算法的研究都比較復(fù)雜，使其研究充滿挑戰(zhàn)。 二、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀 1.國外研究現(xiàn)狀 2000年，德國自由大學(xué)Hesse Stefen等人研制了一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人MGT 。 2001年，德國弗朗霍費爾研究所(Franhofer Institut IPK)基于吊線木偶原理，研制了一種繩驅(qū)動式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人Stringman，配合踏步車使用。 Ekso Bionics，是一款可穿戴的、通過電池供電的仿生機械腿，將之穿在身上后，它可以提供必要的支撐力，讓人重新站立。而且整套系統(tǒng)還采用了仿生設(shè)計，以內(nèi)置電動馬達(dá)為動力，當(dāng)人們把它穿在身上，就能重新獲得行走的能力！ Ekso Bionics圖 2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在下肢機器人方面，國內(nèi)研究起步較晚，取得的成果也不多。目前的研究機構(gòu)主要有上海大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)等。具有代表性的是:哈爾濱工程大學(xué)開發(fā)的輔助型下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人和浙江大學(xué)開發(fā)的可穿戴式的下肢步行外骨骼。從2004年，中科院合肥智能機械研究所也開始從事相關(guān)的研究工作。 2002年，哈爾濱工程大學(xué)機電一體化研究所研制出了一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人樣，如圖1-16所示，該機器人由三自由度步態(tài)機構(gòu)、姿態(tài)機構(gòu)和重心平衡機構(gòu)等組成。其優(yōu)點是可實現(xiàn)腳的姿態(tài)調(diào)整，在機器人的遠(yuǎn)程控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)及減重控制策略方面進(jìn)行了實驗或仿真研究，后續(xù)研制并開發(fā)了可與該機器人配合使用的四自由度繩索牽引骨盆運動并聯(lián)康復(fù)機器人。 2006年，上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院也研究了一套可穿戴式助力機械腿，如圖1-17所示。單側(cè)下肢有兩個自由度，分別為骸關(guān)節(jié)屈/伸和膝關(guān)節(jié)屈/伸。 2007年，哈爾濱工程大學(xué)機電一體化實驗室的研究小組研制了被動式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練器。2009年，該研究小組又提出了步態(tài)訓(xùn)練機器，機器人可控制雙足矢狀面內(nèi)六自由度的運動，具有承載能力強，步幅、步態(tài)、足底姿態(tài)可靈活調(diào)整等優(yōu)點。通過不同的軌跡規(guī)劃，機器人能夠模擬上、下樓梯，平地行走等步態(tài)動作。利用柔順控制等多種控制策略，可模擬沙地、草地等多種路況的行走。實驗研究表明，該機器人可實現(xiàn)多種步態(tài)的控制，且具有較好的訓(xùn)練效果。 三.發(fā)展的趨勢 2006年《中國人口老齡化發(fā)展趨勢預(yù)測研究報告》表明，到2023年，我國老年人口將達(dá)到2.7億，與0-14歲少兒人口數(shù)量相等。而到2051年，中國老年人口規(guī)模將達(dá)到峰值4.37億，約為少兒人口數(shù)量的2倍。針對我國人口老齡化的口益嚴(yán)重、腦卒中患者數(shù)量多、治療醫(yī)師資源缺乏的情況，開發(fā)一種可以為偏癱、截癱等肢體殘疾人員及體弱老年人提供康復(fù)訓(xùn)練和助行服務(wù)的機器人，對降低老年人跌倒的比例、幫助偏癱患者樹立重新行走的信心、提高老年人獨立生活的質(zhì)量減輕社會負(fù)擔(dān)具有重要的研究意義。同時，機器人輔助設(shè)備可以極大的降低康復(fù)師的工作量，促進(jìn)患者的主動參與，可以客觀的評價康復(fù)訓(xùn)練的強度、時間和效果，使康復(fù)治療更加系統(tǒng)化和規(guī)范化。 穿戴式機械腿應(yīng)用于醫(yī)療上越來越多，幫助殘疾人站起來。 盡管目前己經(jīng)開發(fā)出了多種助行康復(fù)機器人，但機器人在機械結(jié)構(gòu)精巧、人機協(xié)調(diào)、自動適應(yīng)用戶的行為、工作延續(xù)性、提高用戶的舒適度等方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實際應(yīng)用的要求。同時，由于目前的康復(fù)訓(xùn)練機器人運用于臨床康復(fù)的訓(xùn)練方案、訓(xùn)練的評價方法等還處于摸索階段，機器人技術(shù)完全應(yīng)用于臨床康復(fù)訓(xùn)練還需要深入、系統(tǒng)的研究和探索。因此，對機器人進(jìn)行改良，開展與其它臨床康復(fù)方法的有機結(jié)合以提高其臨床康復(fù)效果，擴展其治療手段是非常有必要的。 綜上所述，研究助行康復(fù)機器人技術(shù)，使其滿足康復(fù)訓(xùn)練、輔助行走、節(jié)省能耗、攜帶方便等需要，并且更加符合人體生理習(xí)慣，令使用者步態(tài)更自然，提高老年人的生活質(zhì)量，減輕社會負(fù)擔(dān)，使其真正服務(wù)于需要的人，有著重要的意義。 四.存在的問題 近年來，關(guān)于外骨骼機構(gòu)的人一機運動相容性設(shè)計問題開始得到研究者的關(guān)注，一些研究者對上肢外骨骼機構(gòu)的運動相容性進(jìn)行了分析，并基于人機工程學(xué)原理對上肢外骨骼機構(gòu)的運動學(xué)設(shè)計方法進(jìn)行了研究。但是對下肢康復(fù)機器人機構(gòu)的人一機相容性問題以及影響人一機相容性的因素方面研究較少，主要問題如下。 (l)人一機聯(lián)接模式對人一機相容性的影響現(xiàn)有下肢康復(fù)機器人中，人一機之間采直接綁縛或通過穿戴具以緊致穿戴的形式相聯(lián)接，缺乏有關(guān)人一機聯(lián)接模式和約束性質(zhì)的深入研究，更未分析聯(lián)接模式對人一機運動相容性的影響。 (2)機構(gòu)構(gòu)型對人一機相容性的影響現(xiàn)有的下肢康復(fù)機器人機構(gòu)的骸關(guān)節(jié)多采用單自由度回轉(zhuǎn)副或由2個回轉(zhuǎn)副進(jìn)行運動等效，膝關(guān)節(jié)為單自由度回轉(zhuǎn)副，機構(gòu)的尺度參數(shù)根據(jù)下肢骨胳的比例和長度確定。優(yōu)點是機器人機構(gòu)的構(gòu)型相對簡潔且機構(gòu)的設(shè)計簡便易行。但機器人機構(gòu)的關(guān)節(jié)數(shù)目少于下肢骨骼的關(guān)節(jié)數(shù)目，而且對應(yīng)關(guān)節(jié)的運動屬性也有所不同，構(gòu)型的選取會直接影響人一機之間的運動相容性。 (3)機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化對人一機相容性的影響由于下肢康復(fù)機器人機構(gòu)與人體骨骼機構(gòu)在關(guān)節(jié)數(shù)目、關(guān)節(jié)運動特性上的差異以及機器人機構(gòu)的外掛屬性，若機器人機構(gòu)參數(shù)或聯(lián)接參數(shù)設(shè)計不夠合理，也會導(dǎo)致人一機運動不相容，在聯(lián)接部位發(fā)生運動干涉與沖突。 此外，在機構(gòu)設(shè)計中，材料選擇、結(jié)構(gòu)美觀和機構(gòu)可調(diào)性等也是研究的重要問題。 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 1.研究或解決的5大問題 (1)可穿戴性要好:下肢外骨骼康復(fù)機器人要有良好的可穿戴性經(jīng)過簡單的訓(xùn)練即可非常容易順利快速地穿脫。 (2)可調(diào)節(jié)性要強:下肢外骨骼康復(fù)機器人面向的患者群體年齡跨度大，外骨骼應(yīng)能適應(yīng)各種身高體重的患者，因此其在長度及寬度方向都應(yīng)能調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同患者穿戴。 (3)結(jié)構(gòu)要輕巧:外骨骼機器人應(yīng)盡量輕巧、簡便方便穿戴和驅(qū)動，節(jié)省能源。 (4)相互干擾性要小:盡量減小人與外骨骼的直接接觸面，減小人機相互干擾，從而減小對人體各方面的限制。 (5)柔順、舒適性要好:下肢外骨骼機器人的運動與人體下肢的運動要具有很好的協(xié)調(diào)性。其結(jié)構(gòu)、自由度的配置要與人體結(jié)構(gòu)與自由度相匹配。使穿戴著感覺柔順自然。 2.研究手段 （1）弄清楚穿戴式機械腿機構(gòu)特點 1穿戴式機械腿的結(jié)構(gòu)布局特點 機械腿通過三個電機驅(qū)動，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運動，類似于人體膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點，其驅(qū)動裝置安放在固定件的位置上。該機構(gòu)的運動桿件不必承載驅(qū)動電機的重量，減少了電機數(shù)量，這種擬人機械腿具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、運動慣性小、運動靈活等優(yōu)點，克服了傳動系統(tǒng)復(fù)雜、動態(tài)特性差等缺點。 這種穿戴式機械腿的結(jié)構(gòu)布局特點如下:①三個直線移動副P1、P2和P3相互平行;②三個直線移動副P1、P2和P3均安裝在基座上;③當(dāng)桿FO2垂直于而MNO2、平行于桿FO1，且各移動副輸入均為零時，這種膝關(guān)節(jié)和躁關(guān)節(jié)機構(gòu)處于初始位姿。移動副P1、P2和P3的初始長度分別為Lio （i=1,2,3),}Z分別為各直線移動副的輸入位移。建立兩個坐標(biāo)系:靜坐標(biāo)系R(O1X1Y1Z1)、動坐標(biāo)系S(O2X2Y2Z2)，如圖1所示，點O2為這種機構(gòu)的參考點。 圖1 （2）穿戴式機械腿設(shè)計方案 1. 基于機械腿的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，同時考慮加工與裝配工藝性，給出一種擬人機械腿的設(shè)計方案，如圖2(a)所示，這種擬人機械腿與球而三自由度并聯(lián)機構(gòu)(作為擬人骸關(guān)節(jié)機構(gòu)原型)串聯(lián)在一起，構(gòu)成擬人下肢的設(shè)計方案，如圖2(b)所示。這種擬人機械腿機構(gòu)的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)采用4- DOF欠驅(qū)動機構(gòu)為機構(gòu)原型，通過三個電機實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運動方式，電機等固定件靠近腰部附近，減小電機等固定件產(chǎn)生的力矩，增加腿部的承載能力，減小運動慣性，發(fā)揮并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，同時，這種新型擬人下肢可實現(xiàn)任何步態(tài)狀況，具有主動控制步態(tài)的優(yōu)點。因此，這種新型擬人下肢具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、運動慣性小、運動穩(wěn)定等優(yōu)點。 圖2（a） 圖2（b） （3）機械腿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 按照機構(gòu)原理圖的設(shè)計圖想，其中較難設(shè)計的部分為膝關(guān)節(jié)所在支鏈的平面四桿機構(gòu)而如果完全按原理圖的設(shè)計，將轉(zhuǎn)動副F.通過個單獨的桿件與基座固連，那么機械腿顯得不夠緊湊和靈巧。在傳動副F點的固定問題上可以去掉桿件IF,將傳動副F直接表示 圖3 圖4 圖5 為機架固連，圖3，那么再設(shè)計傳動副F只要固連任何與機架相連的地方即可，圖3為了使機械腿的結(jié)構(gòu)史緊湊，將圖3中的AIFJ支鏈翻轉(zhuǎn)180度.再將點J上的桿件固連到點E 上，如圖4所示，這樣I改動不改變原有的工作原理。移動副采用滾珠絲桿實現(xiàn)，根據(jù)改進(jìn)的機構(gòu)簡圖，設(shè)計了如圖5所小的膝關(guān)口聽在支鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，扣將轉(zhuǎn)動副F固定絲杠導(dǎo)軌的基座上，而該基座與機械腿的靜平臺基座固連，這樣使得擬人機械腿結(jié)構(gòu)緊湊，同時減輕重量。 （4）加入胡克鉸結(jié)構(gòu) 胡克鉸（圖6）在并聯(lián)機構(gòu)中使用傾率很高，而該結(jié)構(gòu)的設(shè)計直接彩響了整個并聯(lián)機構(gòu)的性能。因為在研究機構(gòu)的工作空間時，在考慮約束的影響中，胡克鉸兩個方向的轉(zhuǎn)動范圍是一個重要因素。對這個擬人機械腿機構(gòu)，沒有桿件之間的干涉，胡克鉸的性能對這個機構(gòu)性能(工作空間)起了決定性的作用。 圖6 （5）裝配體結(jié)構(gòu) 對三條運動支鏈進(jìn)行合理布局，避免桿件發(fā)生運動干涉，同時根據(jù)裝配工藝要求設(shè)計運動支鏈與動、靜平臺的連接方一式。 擬人機械腿的裝配體結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。三條運動支鏈通過上、下平臺連接在一起，并通過板件對其加固。電機固定上平臺上，上平臺上與關(guān)節(jié)相連。下平臺設(shè)計為腳底板，直接與地面接觸。 圖7 （6）機械腿的方案最終實現(xiàn)簡圖 圖8 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 蔣 璞 學(xué) 號： 100007117 外 文 出 處： Design of wearable lower limb （用外文寫） rehabilitation device 附 件： 指導(dǎo)老師評語 簽名： 年 月 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期自查表 （中期教學(xué)檢查用） 學(xué)生姓名 蔣璞 學(xué)號 100007117 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機械81001班 指導(dǎo)教師 周建華 職 稱 副教授 設(shè)計（論文）題　　目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 個人精力 實際投入 每天平均工作時　間 6小時 迄今缺席天數(shù) 無 出勤率% 100% 指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù) 2 每周指導(dǎo)時間（小時） 2 未指導(dǎo)的周次及原因 無 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度（完成）內(nèi)容及比重 已完成主要內(nèi)容（　30　%） 待完成主要內(nèi)容（　70　%） 進(jìn)展正常 存在問題及解決方案 指導(dǎo)教師意見：　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　指導(dǎo)教師簽名： 　 　　　　　 年 月 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師審閱意見表 設(shè)計（論文）題目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名 蔣璞 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機械81001班 指導(dǎo)教師姓名 周建華 職稱 副教授 得分 指導(dǎo)教師審閱意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱人意見表 設(shè)計（論文）題目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名 蔣璞 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機械81001班 評閱人姓名 職稱 得分 評閱人意見： 評閱人簽名： 年 月 日 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯結(jié)果表 設(shè)計（論文）題目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名 蔣璞 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機械81001班 答辯記錄： 答辯小組意見： 得 分 組長簽名 日 期 答辯委員會意見： 指導(dǎo)教師評　　分 評閱人評　分 答辯小組得　　分 結(jié)構(gòu)分 最終成績 主任簽章 日 期 24 揚州大學(xué)廣陵學(xué)院 本科生畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計題目 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 蔣璞 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機械81001班 指 導(dǎo) 教 師 周建華 完 成 日 期 2014年 5 月 30 日 中文摘要 本論文研究穿戴式機械腿機構(gòu)。穿戴式機械腿是一種典型的人機一體化系統(tǒng)，該機構(gòu)是一種穿戴于人體腿部幫助有下肢乏力的患者進(jìn)行康復(fù)治療的機械結(jié)構(gòu)。本文在人-機相容性方面做了詳細(xì)的分析，使本機構(gòu)在較好的穿戴位形下依靠人體的運動信息控制穿戴式機器人，在運動過程中提高人機步態(tài)的一致性，達(dá)到更好的康復(fù)治療的目的。 論文分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，了解了國內(nèi)外相關(guān)研究的背景情況、研究進(jìn)展和未來的發(fā)展問題，總結(jié)了下肢康復(fù)機器人研究中還存在的問題，進(jìn)而確定了本文的主要研究內(nèi)容及所需解決的關(guān)鍵問題。 本文確定了下肢康復(fù)機器人機構(gòu)的自由度，對機構(gòu)進(jìn)行了關(guān)節(jié)布位，通過自由度的分析對人-機聯(lián)接模式和約束性質(zhì)進(jìn)行了研究，從而確定了骨骼-機構(gòu)聯(lián)體模型。在人體骨骼模型的基礎(chǔ)上，提出了一種機構(gòu)構(gòu)型方案。對人-機相容性進(jìn)行了定義，分析了人-機相容性的影響因素。在此基礎(chǔ)上分別對人體下肢骨骼模型和這種機構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行了三維模型設(shè)計。 關(guān)鍵詞:康復(fù)機器人,人-機相容性,機構(gòu)設(shè)計 Abstract This study discusses lower extremity rehabilitative robot. The lower extremity rehabilitative robot is a typical man-machine integrated system; it is worn on the body of a limb to help patients with physical disabilities rehabilitation of mechanical devices. In this paper, man-machine compatibility has done more analysis and with well wearing this equipment to rely on the human body configuration under the control of lower extremity rehabilitative robot motion information. It improves the consistency rehabilitation of human gait in the course of the campaign to achieve better purposes. This paper analyzes the research situation and has a research about the background of relevant research at home and abroad, progress of research and future development. Lower extremity rehabilitation robot research summarized the problems still exist, and then this article determines the main contents, and the key issues need to be resolved. This paper has identified the DOF of lower extremity rehabilitative robot and the joint distribution of digital agencies. Through the analysis in freedom this article do the research on the human-machine connection mode and the nature binding. Two programs of mechanism are proposed based on the bone一body conjoined model. The study defines the compatibility of human-machine and analyzes the compatibility factors of human-machine. On this basis, the human skeleton model and the configuration of the two agencies are conducted by the three-dimensional model design respectively. Keywords: rehabilitative robotics, man-machine compatibility, mechanism design III 目 錄 中文摘要......................................................................................................................I Abstract .......................................................................................................................II 第一章 緒論.............................................................................................................1 1.1研究背景..................................................................................................................1 1.2下肢康復(fù)機器人概況 ....................................................................................2 1.2.1康復(fù)機器人研究歷史.................................................................................2 1.2.2下肢康復(fù)機器人分類.............................................................3 1.3下肢康復(fù)機器人的研究現(xiàn)狀...............................................................................5 1.3.1國外研究現(xiàn)狀.......................................................................................5 1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀.................................................................................;.....9 1.4下肢康復(fù)機器人研究存在的問題........................................................11 1.5課題意義及主要研究內(nèi)容...............................................................................11 第二章 穿戴式機械腿機構(gòu)運動分析..................................................13 2.1 引言..................................................................................................13 2.2人體下肢生物骨骼模型...................................................................................13 2.3骨骼的運動與下肢關(guān)節(jié).........................................................................13 第三章 穿戴式機械腿機構(gòu)設(shè)計.......................................................19 3.1穿戴式機械腿設(shè)計.......................................................................................19 3.1.1三維模型設(shè)計.......................................................................................19 3.1.2膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)及腳部設(shè)計...........................................................................21 3.1.3下肢連接器...........................................................................................26 3.1.4大小腿彈簧助力器及保護(hù)...........................................................26 3.1.5下肢骸部設(shè)計.........................................................................................28 3.1.6 腿部固定............................................................................................30 第四章 強度校核.........................................................................................31 4.1關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連接器受力分析.....................................................................31 設(shè)計總結(jié).............................................................................................34 參考文獻(xiàn)...............................................................................................36 致謝.....................................................................................................38