多关节弯曲变形的气动柔性驱动器设计

发布时间：2024-04-24 21:02

　　随着中国人口老龄化的发展,医疗康复已经成了社会日益关注的重点,有效的医疗康复设备能够帮助增强老年人的抓握力量,帮助手部残疾的患者获得有效的康复训练。传统的刚性医疗辅助康复设备使用电机驱动,重量大,结构复杂且需要较大的工作空间。而柔性医疗康复辅助设备通过采用柔性软体驱动器进行对人体进行肌肉康复,能够有效解决传统康复辅助设备的不足,同时与人体交互更加友好,更加贴合人体曲线,能够更加有效地帮助患者进行康复训练,提高用户体验。本文首先通过研究人体手部多关节的运动机理,从气动软体变形驱动器出发,结合吉村折纸构型,设计研究出单关节可变形驱动器的腔体以及外形结构,结合超弹性理论Yeoh模型分析驱动器大变形过程,分析尺寸参数与气压以及可变弯曲角度的关系,通过参数拟合优化尺寸结构,得到合适的多关节变形模型。得到模型之后通过三维建模软件进行建模,利用设计好的模型导入有限元仿真软件中进行有限元仿真模拟,同时通过对使用的材料进行实验拟合出本构模型的参数,进而代入有限元仿真软件中进行仿真,对比不同壁厚、腔体长度等尺寸参数的结构,校核驱动器的强度以及不同气压下的变形情况。在现有技术之下,对设计出的模型进行加工制作...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1德国工业大学手部医疗康复器械2007年，日本筑波大学开发出一款驱动器[19]，提出的多关节肌腱驱动机制模拟了人手指的机械顺应性，因此可以帮助人体实现舒适，稳定的抓握

哈尔滨工业大学硕士学位论文4图1-1德国工业大学手部医疗康复器械2007年，日本筑波大学开发出一款驱动器[19]，提出的多关节肌腱驱动机制模拟了人手指的机械顺应性，因此可以帮助人体实现舒适，稳定的抓握。作者提出了一种新的机制“双传感系统”和一种新的控制算法“基于生物电势的切换控制....

图1-2日本筑波大学手部驱动器2010年，东京工业大学开发了一种使用气动人造橡胶肌肉（PARM）并覆盖[28]PARM

哈尔滨工业大学硕士学位论文4图1-1德国工业大学手部医疗康复器械2007年，日本筑波大学开发出一款驱动器[19]，提出的多关节肌腱驱动机制模拟了人手指的机械顺应性，因此可以帮助人体实现舒适，稳定的抓握。作者提出了一种新的机制“双传感系统”和一种新的控制算法“基于生物电势的切换控制....

图1-3东京工业大学气动人造橡胶肌肉2013年，瑞士洛桑联邦理工大学研发了一款由高弹性聚合物制成的软驱动器

哈尔滨工业大学硕士学位论文5构。手套共有10个自由度，由四个单元组成。为了正确实现助力运动，采用基于来自气压传感器的压力的PI控制。为了评估手套的有效性，在抓握过程中会测量肌肉的皮肤表面肌电图（EMG）信号。经过实验验证取得了良好的效果。图1-3东京工业大学气动人造橡胶肌肉201....

图1-4洛桑联邦理工驱动器应用在青蛙上美国哈佛大学生物设计实验室通过研究不同结构的气动网络，设计出可弯曲的气动驱动器，由此进一步设计制作出用于康复或者操作抓取的软体手[29]

哈尔滨工业大学硕士学位论文5构。手套共有10个自由度，由四个单元组成。为了正确实现助力运动，采用基于来自气压传感器的压力的PI控制。为了评估手套的有效性，在抓握过程中会测量肌肉的皮肤表面肌电图（EMG）信号。经过实验验证取得了良好的效果。图1-3东京工业大学气动人造橡胶肌肉201....

本文编号：3963501