【13页】开题报告：穿戴式机械腿机构的设计.doc格式

同时，机器人辅助设备可以极大的降低康复师的工作量，促进患者的主动参与，可以客观的评价康复训练的强度时间和效果，使康复治疗更加系统化和规范化。

穿戴式机械腿应用于医疗上越来越多，帮助残疾人站起来。

尽管目前己经开发出了多种助行康复机器人，但机器人在机械结构精巧人机协调自动适应用户的行为工作延续性提，在机器人的远程控制技术虚拟现实技术及减重控制策略方面进行了实验或仿真研究，后续研制并开发了可与该在下肢机器人方面，国内研究起步较晚，取得的成果也不多。

目前的研究机构主要有上海大学浙江大学哈尔滨工业大学和哈尔滨工程大学等。

具有代表性的是哈尔滨工程大学开发的辅助型下肢康复训练机器人和浙江大学开发的可穿戴式的下肢步行外骨骼。

从年，中科院合肥智能机械研究所也开始从事相关的研究工作。

年，哈尔滨工程大学机电体化研究所研制出了种下肢康复训练机器人样，如图所示，该机器人由图所示，该机器人由三自由度步态机构姿态机构和重心平衡机构等组成。

其优点是可实现脚的姿态调整开始从事相关的研究工作。

型下肢康复训练机器人和浙江大学开发的可穿戴式的下肢步行外骨骼。

从年，中科院合肥智能机械研究所也部分内容简介当人们把它穿在身上，就能重新获得行走的能力，图国内研究现状在下肢机器人方面，国内研究起步较晚，取得的成果也不多。

目前的研究机构主要有上海大学浙江大学哈尔滨工业大学和哈尔滨工程大学等。

具有代表性的是哈尔滨工程大学开发的辅助型下肢康复训练机器人和浙江大学开发的可穿戴式的下肢步行外骨骼。

从年，中科院合肥智能机械研究所也开始从事相关的研究工作。

年，哈尔滨工程大学机电体化研究所研制出了种下肢康复训练机器人样，如图所示，该机器人由三自由度步态机构姿态机构和重心平衡机构等组成。

其优点是可实现脚的姿态调整，在机器人的远程控制技术虚拟现实技术及减重控制策略方面进行了实验或仿真研究，后续研制并开发了可与该机器人配合使用的四自由度绳索牵引骨盆运动并联康复机器人。

年，上海大学机电工程与自动化学院也研究了套可穿戴式助力机械腿，如图所示。

单侧下肢有两个自由度，分别为骸关节屈伸和膝关节屈伸。

年，哈尔滨工程大学机电体化实验室的研究小组研制了被动式步态康复训练器。

年，该研究小组又提出了步态训练机器，机器人可控制双足矢状面内六自由度的运动，具有承载能力强，步幅步态足底姿态可灵活调整等优点。

通过不同的轨迹规划，机器人能够模拟上下楼梯，平地行走等步态动作。

利用柔顺控制等多种控制策略，可模拟沙地草地等多种路况的行走。

实验研究表明，该机器人可实现多种步态的控制，且具有较好的训练效果。

三发展的趋势年中国人口老龄化发展趋势预测研究报告表明，到年，我国老年人口将达到亿，与岁少儿人口数量相等。

而到年，中国老年人口规模将达到峰值亿，约为少儿人口数量的倍。

针对我国人口老龄化的口益严重脑卒中患者数量多治疗医师资源缺乏的情况，开发种可以为偏瘫截瘫等肢体残疾人员及体弱老年人提供康复训练和助行服务的机器人，对降低老年人跌倒的比例帮助偏瘫患者树立重新行走的信心提高老年人生活的质量减轻社会负担具有重要的研究意义。

同时，机器人辅助设备可以极大的降低康复师的工作量，促进患者的主动参与，可以客观的评价康复训练的强度时间和效果，使康复治疗更加系统化和规范化。

穿戴式机械腿应用于医疗上越来越多，帮助残疾人站起来。

尽管目前己经开发出了多种助行康复机器人，但机器人在机械结构精巧人机协调自动适应用户的行为工作延续性提高用户的舒适度等方面还远远达不到实际应用的要求。

同时，由于目前的康复训练机器人运用于临床康复的训练方案训练的评价方法等还处于摸索阶段，机器人技术完全应用于临床康复训练还需要深入系统的研究和探索。

因此，对机器人进行改良，开展与其它临床康复方法的有机结合以提高其临床康复效果，扩展其治疗手段是非常有必要的。

综上所述，研究助行康复机器人技术，使其满足康复训练辅助行走节省能耗携带方便等需要，并且更加符合人体生理习惯，令使用者步态更自然，提高老年人的生活质量，减轻社会负担，使其真正服务于需要的人，有着重要的意义。

四存在的问题近年来，关于外骨骼机构的人机运动相容性设计问题开始得到研究者的关注，些研究者对上肢外骨骼机构的运动相容性进行了分析，并基于人机工程学原理对上肢外骨骼机构的运动学设计方法进行了研机器人机构的关节数目少于下肢骨骼的关节数目，而且对应关节的运动属性也有所不同，构型的选取会直接影响人机之间的运动相容性。

机构参数优化对人机相容性的影响由于下肢康复机器人机构与人体骨骼机构在关节数目关节运动特性上的差异以及机器人机构的外挂属性，若机器人机构参数或联接参数设计不够合理，也会导致人机运动不相容，在联接部位发生运动干涉与冲突。

此外，在机构设计中，材料选择结构美观和机构可调性等也是研究的重要问题。

本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段途径研究或解决的大问题可穿戴性要好下肢外骨骼康复机器人要有良好的可穿戴性经过简单的训练即可非常容易顺利快速地穿脱。

可调节性要强下肢外骨骼康复机器人面向的患者群体年龄跨度大，外骨骼应能适应各种身高体重的患者，因此其在长度及宽度方向都应能调节以适应不同患者穿戴。

结构要轻巧外骨骼机器人应尽量轻巧简便方便穿戴和驱动，节省能源。

相互干扰性要小尽量减小人与外骨骼的直接接触面，减小人机相互干扰，从而减小对人体各方面的限制。

柔顺舒适性要好下肢外骨骼机器人的运动与人体下肢的运动要具有很好的协调性。

其结构自由度的配置要与人体结构与自由度相匹配。

使穿戴着感觉柔顺自然。

研究手段弄清楚穿戴式机械腿机构特点穿戴式机械腿的结构布局特点机械腿通过三个电机驱动，实现膝关节和踝关节的运动，类似于人体膝关节和踝关节的结构特点，其驱动装置安放在固定件的位置上。

该机构的运动杆件不必承载驱动电机的重量，减少了电机数量，这种拟人机械腿具有结构简单承载能力强运动惯性小运动灵活等优点，克服了传动系统复杂动态特性差等缺点。

这种穿戴式机械腿的结构布局特点如下三个直线移动副和相互平行三个直线移动副和均安装在基座上当杆垂直于而平行于杆，且各移动副输入均为零时，这种膝关节和躁关节机构处于初始位姿。

移动副和的初始长度分别为，分别为各直线移动副的输入位移。

建立两个坐标系静坐标系动坐标系，如图所示，点为这种机构的参考点。

图穿戴式机械腿设计方案基于机械腿的参数优化结果，同时考虑加工与装配工艺性，给出种拟人机械腿的设计方案，如图所示，这种拟人机械腿与球而三自由度并联机构作为拟人骸关节机构原型串联在起，构成拟人下肢的设计方案，如图所示。

这种拟人机械腿机构的膝关节和踝关节采用欠驱动机构为机构原型，通过三个电机实现膝关节和踝关节的运动方式，电机等固定件靠近腰部附近，减小电机等固定件产生的力矩，增加腿部的承载能力，减小运动惯性，发挥并联机构的优点，同时，这种新型拟人下肢可实现任何步态状况，具有主动控制步态的优点。

因此，这种新型拟人下肢具有结构简单承载能力强运动惯性小运动稳定等优点。

图图机械腿结构的优化按照机构原理图的设计图想，其中较难设计的部分为膝关节所在支链的平面四杆机构而如果完全按原理图的设计，将转动副通过个单独的杆件与基座固连，那么机械腿显得不够紧凑和灵巧。

在传动副点的固定问题上可以去掉杆件，将传动副直接表示图图图为机架固连，图，那么再设计传动副只要固连任何与机架相连的地方即可，图为了使机械腿的结构史紧凑，将图中的支链翻转度再将点上的杆件固连到点上，如图所示，这样改动不改变原有的工作原理。

移动副采用滚珠丝杆实现，根据改进的机构简图，设计了如图所小的膝关口听在支链结构设计，扣将转动副固定丝杠导轨的基座上，而该基座与机械腿的静平台基座固连，这样使得拟人机械腿结构紧凑，同时减轻重量。

加入胡克铰结构胡克铰图在并联机构中使用倾率很高，而该结构的设计直接彩响了整个并联机构的性能。

因为在研究机构的工作空间时，在考虑约束的影响中，胡克铰两个方向的转动范围是个重要因素。

对这个拟人机械腿机构，没有杆件之间的干涉，胡克铰的性能对这个机构性能工作空间起了决定性的作用。

图装配体结构对三条运动支链进行合理布局，避免杆件发生运动干涉，同时根据装配工艺要求设计运动支链与动静平台的连接方式。

拟人机械腿的装配体结构图如图所示。

三条运动支链通过上下平台连接在起，并通过板件对其加固。

电机固定上平台上，上平台上与关节相连。

下平台设计为脚底板，直接与地面接触。

图机械腿的方案最终实现简图图开题报告学生姓名蒋璞学号专业机械设计制造及其自动化设计论文题目穿戴式机械腿机构设计指导老师周建华年月日扬州大学广陵学院本科生毕业设计论文开题报告设计论文题目穿戴式机械腿机构设计题目来源指导老师出题题目类型为结合科研指导教师周建华学生姓名蒋璞学号专业机械设计制造及其自动化开题报告内容调研资料的准备与总结，研究目的要求思路与预期成果任务完成的阶段内容及时间安排完成毕业设计论文所具备的条件因素等。

本毕业设计论文课题应达到的目的培养学生的调查研究以及资料信息的获取分析等综合能力培养学生的工程设计能力，主要包括设计计算及绘图能力培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力培养学生的在设计过程中使用计算机的能力培养学生的撰写设计说明书论文的能力培养学生创新能力和创新精神。

本毕业设计论文课题工作进度计划起止日期工作内容毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告进行毕业设计，接收毕业设计中期检查，根据设计要求，进行机械结构原理设计和结构