膝关节外骨骼机器人设计与分析

第1章 绪论 001 1.1 本书内容的背景和意义 001 1.2 外骨骼机器人的研究综述002 1.2.1 刚性外骨骼机器人002 1.2.2 柔性外骨骼机器人006 1.2.3 膝关节外骨骼机器人007 1.3 机构综合的研究综述009 1.3.1 可重构机构综合009 1.3.2 四杆机构综合 010 1.4 当前发展存在的问题 013 1.5 本书主要内容及章节安排 013 1.5.1 本书主要内容 013 1.5.2章节安排 014 第2章 膝关节外骨骼综合方法 016 2.1 多项式消元理论 016 2.2 连杆曲线综合 017 2.2.1 建立模型 017 2.2.2 完全解析法 019 2.2.3 算例024 2.3 时序路径综合029 2.3.1 综合方程的消元030 2.3.2 统一综合方法034 2.3.3 算例036 2.4 混合条件综合040 2.4.1 圆锥曲线筛选算法040 2.4.2 混合综合方法042 2.4.3 算例044 2.5 膝关节外骨骼重构综合方法047 2.6 本章小结048 第3章 膝关节外骨骼的尺度综合049 3.1 膝关节外骨骼的错位049 3.1.1 运动过程分析050 3.1.2 错位分析 051 3.2 膝关节外骨骼的设计方法052 3.2.1 膝关节功能分析与设计要求052 3.2.2 膝关节外骨骼的功能设计方法053 3.2.3 平面四杆机构的优势053 3.3 膝关节不同速度的轨迹实验054 3.3.1 实验模型与测试原理054 3.3.2 实验方法055 3.3.3 实验结果055 3.3.4 结果分析057 3.4 膝关节外骨骼的综合方法057 3.4.1 目标点的提取058 3.4.2 综合模型063 3.4.3 变量064 3.4.4 约束函数064 3.4.5 目标函数065 3.5 轨迹结果066 3.5.1 速度1.5m/s 的轨迹综合067 3.5.2 速度2.5m/s 的轨迹综合068 3.5.3 速度3.5m/s 的轨迹综合070 3.6 本章小结073 第4章 膝关节外骨骼的可重构设计074 4.1 膝关节外骨骼重构综合074 4.1.1 重构样本的同源机构计算075 4.1.2 图像法求解构型连杆交集079 4.1.3 可重构连杆参数的确定083 4.1.4 可重构连杆参数的调整086 4.2 可重构膝关节外骨骼综合结果089 4.3 刚柔耦合膝关节外骨骼机构综合 091 4.3.1 膝关节内旋/外旋功能的分析 091 4.3.2 柔性化建模方法092 4.3.3 柔性综合与结构设计093 4.3.4 柔性单元参数计算095 4.4 膝关节外骨骼设计结果096 4.5 本章小结097 第5章 膝关节外骨骼的性能分析098 5.1 分析指标的特点、联系与区别098 5.2 分析方法的基本原则 100 5.3 安全性分析—空间运动范围 100 5.3.1 膝关节外骨骼的自由度分析 101 5.3.2 膝关节外骨骼的角度分析 102 5.3.3 膝关节外骨骼模型验证 103 5.4 舒适性分析—轴线错位 104 5.4.1 膝关节外骨骼模型轨迹分析方法 104 5.4.2 两个变换区域的轨迹分析 105 5.4.3 两个构态的轨迹分析 112 5.4.4 柔性化轨迹分析 116 5.5 舒适性分析——人机交互力 116 5.5.1 人机交互力的分析 117 5.5.2 人机交互力的对比 118 5.6 本章小结 119 参考文献 120