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R～2-R～2-R5自由度人体上肢仿生机构的运动建模及研究

作　者: 李蔓华
导　师: 张建国
学　校: 天津轻工业学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 人体上肢仿生机构机构学
分类号: TB17
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

人手臂有肩关节、肘关节和腕关节，其上通常分布7个不同的旋转自由度：肩内收/外展；肩屈/伸；肩旋内/旋外；肘屈/伸；前臂旋内/旋外；腕屈/伸；腕内收/外展。本文以实验数据为基础，在能完成日常一些基本活动的前提下，建立了一种R~2-R~2-R（肩内收/外展；肩屈/伸；肘屈/伸；前臂旋内/旋外；腕屈/伸）5自由度能代替7自由度的人体上肢仿生机构模型。在保持一定功能的前提下，自由度减少，能使机械和控制装置复杂度降低，仿生结构简化，价格降低，体积减少，更易被使用者和厂家接受。第一章介绍了对人体上肢运动进行测量的历史和现状，说明了对人体上肢运动进行研究的意义，提出了课题设计的总体思想。第二章对人体上肢的生理结构和关节运动术语进行了阐述。第三、四章设计了人体上肢一些日常基本活动实验，利用实验结果和国外己发表文献中的实验数据，并根据人体上肢原始运动模型，建立了一种R~2-R~2-R5自由度的人体上肢仿生机构的模型。第五章对所建立的人体上肢仿生机构的模型做了位移、速度、加速度、静力学和操作容积的初步研究，对运动学分析和位移运动综合编写了C语言程序（文中是流程图），程序顺利地运行了第三章的实验数据，从而验证了模型的合理性。

全文目录

第一章绪论  7-10
  1．1 课题的研究对象简介  7-8
  1．2 课题设计的总体思想  8
  1．3 课题研究的意义  8-10
第二章人体上肢结构简介  10-16
  2．1 基本术语  10-13
    2．1．1 解剖学方位和术语  10-11
    2．1．2 关节运动术语  11-13
  2．2 人体上肢骨简介  13-16
    2．2．1 上肢带骨的连结  13-14
    2．2．2 自由上肢骨的连结  14-16
第三章基本ADL模拟实验  16-28
  3．1 基本ADL的概念  16
  3．2 基本ADL模拟实验  16-28
    3．2．1 实验仪器  16
    3．2．2 实验内容  16-21
    3．2．3 实验方法  21-22
    3．2．4 实验结果及分析  22-28
第四章人体上肢仿生机构建模  28-36
  4．1 人体上肢原始运动模型的建立  28-29
  4．2 人体上肢仿生机构模型的建立  29-36
第五章人体上肢仿生机构参数的求解及研究  36-68
  5．1 连杆坐标系的建立及相互转化  36-39
    5．1．1 连杆坐标系的建立  36-38
    5．1．2 空间连杆坐标系间的转化  38-39
  5．2 人体上肢仿生机构运动模型  39-42
  5．3 杆件之间速度与加速度的传递  42-51
    5．3．1 杆件之间的速度传递  42
    5．3．2 杆件之间的加速度传递  42-43
    5．3．3 各关节坐标系速度  43-45
    5．3．4 各关节坐标系加速度  45-47
    5．3．5 仿生机构位移运动综合  47-51
  5．4 C语言程序  51-59
    5．4．1 C语言程序简要说明  52
    5．4．2 程序流程图  52
    5．4．3 程序输入与输出  52-58
    5．4．4 程序运行结果  58-59
  5．5 仿生机构模型的静力分析  59-65
    5．5．1 力和力矩的坐标变换  59-61
    5．5．2 重力向自身连杆的简化  61-63
    5．5．3 各关节约束反力的求解  63-65
  5．6 仿生机构操作容积的计算  65-68
结论  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

R～2-R～2-R5自由度人体上肢仿生机构的运动建模及研究

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