在外骨骼研究中,機器和人體的耦合運動匹配是結構設計的重要要求。如果二者運動產生干涉或者阻礙,穿戴者的關節(jié)將受到傷害。因此,了解運動過程中的生物關節(jié)共軛曲面是設計與人體協(xié)調運動的外骨骼機器人的基礎。但是生物關節(jié)表面是非線性曲面,關節(jié)運動十分復雜,其轉動中心不斷變化,給關節(jié)共軛曲面的測量帶來了挑戰(zhàn)。本文以膝關節(jié)為研究對象,把膝關節(jié)共軛曲面的數(shù)學描述等效成脛骨端和股骨端的相對運動,提出了一種等效膝關節(jié)共軛曲面的測量方法�；舅悸肥峭ㄟ^檢測隨關節(jié)運動的柔性外骨骼變形,反演脛骨和股骨的相對運動,重構等效的關節(jié)共軛曲面。本文基于柔性梁三維大變形模型,推導得到了柔性梁應變-曲率-變形之間的關系。結合模態(tài)疊加原理,基于有限測點的應變信息求解關節(jié)運動狀態(tài)。并設計了一款內嵌應變傳感器的柔性外骨骼。通過ABAQUS仿真,驗證了柔性梁變形理論模型的準確性。通過實驗標定了傳感器的靜態(tài)和動態(tài)測量誤差,結果表明傳感器在靜態(tài)和動態(tài)過程中具有較高的測量精度,測量結果能夠較好地反映膝關節(jié)的運動狀態(tài),驗證了該方法對關節(jié)共軛曲面測量的可行性。最后,在實驗者坐姿狀態(tài)下,利用柔性外骨骼檢測膝關節(jié)自由屈伸運動,重構了非負重情況下的...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1不同用途的外骨骼設計

圖1-1不同用途的外骨骼設計膝關節(jié)共軛曲面測量發(fā)展需求外骨骼的設計中，外骨骼與人體的結構匹配和運動匹配是其正常工作的一個重要要求。在運動過程中，外骨骼的關節(jié)運動和自由度分布與人體關節(jié)運動及自由度分布必須保持高度一致或者柔性耦合，如果在運動過程中，二者運動發(fā)生干涉，甚至阻礙運動....

圖1-1膝關節(jié)關節(jié)運動模型

狀面內還會發(fā)生平移運動。根據(jù)人體膝關節(jié)的核磁共振圖像，H.Iwaki和M.A.RFreeman[19]等人均提出了雙圓心模型，將膝關節(jié)接觸處股骨形狀建模成不同圓心不同半徑的兩個圓面部分的拼接，將脛骨形狀建模成一段折線，利用兩者的配合來模擬膝關節(jié)的運動副。Kok-MengLe....

圖2-1膝關節(jié)解剖結構

2膝關節(jié)等效共軛運動曲面面的準確測量是設計下肢外骨骼的基礎。膝關節(jié)共精確程度決定了外骨骼與人體的協(xié)調程度。同時，不需要的傳感器以及需要測量的模型參數(shù)也不同。因型是進行下肢外骨骼關節(jié)運動副設計的關鍵，并且種新的膝關節(jié)等效共軛曲面的建模思想，并基于此關節(jié)相對運動描述的參數(shù)。討論膝關....

圖2-2膝關節(jié)相對運動模型

分析運動十分復雜。由膝關節(jié)的核磁共振圖完全復制其輪廓和運動幾乎不可能。因十分復雜不易進行。膝關節(jié)共軛曲面近似，通過幾何近似推導關節(jié)的動力學及雙橢圓模型等。計過程中，膝關節(jié)共軛曲面測量建模脛骨和股骨形狀的幾何近似。即可以建膝關節(jié)運動的外部表現(xiàn)，而膝關節(jié)的關節(jié)等效共軛曲線模型，根據(jù)測....

本文編號：3996843