膝關節外骨骼機器人設計與分析

第1章 緒論 001
1.1 本書內容的背景和意義 001
1.2 外骨骼機器人的研究綜述002
1.2.1 剛性外骨骼機器人002
1.2.2 柔性外骨骼機器人006
1.2.3 膝關節外骨骼機器人007
1.3 機構綜合的研究綜述009
1.3.1 可重構機構綜合009
1.3.2 四杆機構綜合 010
1.4 當前發展存在的問題 013
1.5 本書主要內容及章節安排 013
1.5.1 本書主要內容 013
1.5.2章節安排 014

第2章 膝關節外骨骼綜合方法 016
2.1 多項式消元理論 016
2.2 連杆曲線綜合 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 時序路徑綜合029
2.3.1 綜合方程的消元030
2.3.2 統一綜合方法034
2.3.3 算例036
2.4 混合條件綜合040
2.4.1 圓錐曲線篩選演算法040
2.4.2 混合綜合方法042
2.4.3 算例044
2.5 膝關節外骨骼重構綜合方法047
2.6 本章小結048

第3章 膝關節外骨骼的尺度綜合049
3.1 膝關節外骨骼的錯位049
3.1.1 運動過程分析050
3.1.2 錯位分析 051
3.2 膝關節外骨骼的設計方法052
3.2.1 膝關節功能分析與設計要求052
3.2.2 膝關節外骨骼的功能設計方法053
3.2.3 平面四杆機構的優勢053
3.3 膝關節不同速度的軌跡實驗054
3.3.1 實驗模型與測試原理054
3.3.2 實驗方法055
3.3.3 實驗結果055
3.3.4 結果分析057
3.4 膝關節外骨骼的綜合方法057
3.4.1 目標點的提取058
3.4.2 綜合模型063
3.4.3 變數064
3.4.4 約束函數064
3.4.5 目標函數065
3.5 軌跡結果066
3.5.1 速度1.5m/s 的軌跡綜合067
3.5.2 速度2.5m/s 的軌跡綜合068
3.5.3 速度3.5m/s 的軌跡綜合070
3.6 本章小結073

第4章 膝關節外骨骼的可重構設計074
4.1 膝關節外骨骼重構綜合074
4.1.1 重構樣本的同源機構計算075
4.1.2 圖像法求解構型連杆交集079
4.1.3 可重構連杆參數的確定083
4.1.4 可重構連杆參數的調整086
4.2 可重構膝關節外骨骼綜合結果089
4.3 剛柔耦合膝關節外骨骼機構綜合 091
4.3.1 膝關節內旋/外旋功能的分析 091
4.3.2 柔性化建模方法092
4.3.3 柔性綜合與結構設計093
4.3.4 柔性單元參數計算095
4.4 膝關節外骨骼設計結果096
4.5 本章小結097

第5章 膝關節外骨骼的性能分析098
5.1 分析指標的特點、聯繫與區別098
5.2 分析方法的基本原則 100
5.3 安全性分析—空間運動範圍 100
5.3.1 膝關節外骨骼的自由度分析 101
5.3.2 膝關節外骨骼的角度分析 102
5.3.3 膝關節外骨骼模型驗證 103
5.4 舒適性分析—軸線錯位 104
5.4.1 膝關節外骨骼模型軌跡分析方法 104
5.4.2 兩個變換區域的軌跡分析 105
5.4.3 兩個構態的軌跡分析 112
5.4.4 柔性化軌跡分析 116
5.5 舒適性分析——人機交互力 116
5.5.1 人機交互力的分析 117
5.5.2 人機交互力的對比 118
5.6 本章小結 119

參考文獻 120

武瑞
 
博士，畢業于中北大學，現為山西工程科技職業大學講師，長期從事外骨骼機器人機構構型設計、性能分析、應用等方面的研究，發表相關學術論文近20篇，承擔與參與近十項外骨骼機器人相關專案。