下肢外骨骼变轴线膝关节机构的设计与优化_毕业论文.pdf

下肢外骨骼变轴线膝关节机构的设计与优化 本文主要介绍了下肢外骨骼变轴线膝关节机构的设计与优化，旨在提高人机协调性和外骨骼膝关节的协调性。下肢外骨骼是一种仿人型机器人，可以提高人体负重能力，增加持续运动时间。膝关节是人体最复杂的关节，膝关节机构也是下肢外骨骼的重要构件。 通过分析人体膝关节的运动特性，确定了外骨骼变轴线膝关节的构型，并结合外骨骼原本机构确定整体构型。然后，对单侧外骨骼的自由度进行了计算，并通过图解法对膝关节瞬心进行初步验证，保证了构型的正确性。 在运动学建模方面，本文计算了在绝对坐标系和局部坐标系下的变轴线膝关节瞬心轨迹方程，并对坐标进行了坐标系转化，为杆长优化奠定了基础。通过最小二乘法对人体膝关节瞬心理论轨迹坐标进行了曲线拟合，得到了膝关节瞬心的拟合轨迹曲线，可为膝关节机构和假肢的设计提供参考。 在优化方面，以膝关节机构与人体膝关节瞬心拟合轨迹的符合程度为目标函数，以膝关节各杆和大腿杆的长度作为设计变量，以站立稳定性条件、仿生性条件等为约束条件进行优化。将优化后的杆长参数进行MATLAB计算验证，与人体膝关节瞬心拟合轨迹进行对比，验证杆长参数的正确性。 通过ADAMS软件进行运动仿真，验证了膝关节瞬心轨迹。并且加工出新型外骨骼样机，进行了运动捕捉实验，得到了实体样机的变轴线膝关节机构的瞬心轨迹，验证了膝关节机构杆长参数的正确性。 结果表明：优化后的变轴线膝关节杆长参数可以使膝关节机构与人体膝关节的瞬心轨迹趋势基本符合，相对误差约在10%以内，可以有效地提高人机协调性。 本研究的主要贡献在于：设计了一种变轴线膝关节机构，提高了外骨骼膝关节的协调性；提出了膝关节机构的杆长优化方法，提高了膝关节机构的设计准确性；验证了膝关节机构杆长参数的正确性，提高了人机协调性。 本论文的研究结果可以为下肢外骨骼和假肢的设计提供参考，提高人机协调性和外骨骼膝关节的协调性，具有重要的理论和实践价值。