【摘 要】
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我国是残疾人数量最多的国家,为肢残患者研发实用的上肢假肢具有重要的科学意义和迫切的现实需求。仿生肩关节机构是上肢假肢重要组成部分,本论文以新型3-RRR球面并联机构作为仿生肩关节机构原型,对机构的参数进行多目标优化设计并分析机构刚度性能,据此设计结构与功能拟人的仿生肩关节实验平台,并通过仿真和实验验证仿生设计原理的正确性与结构的合理性。本论文的研究成果在仿生肩关节领域取得了创新性的突破,为基于并联
【基金项目】
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国家重点研发计划项目:“具有双向神经通路的智能上肢假肢”（项目编号:2018YFB1307200）
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我国是残疾人数量最多的国家,为肢残患者研发实用的上肢假肢具有重要的科学意义和迫切的现实需求。仿生肩关节机构是上肢假肢重要组成部分,本论文以新型3-RRR球面并联机构作为仿生肩关节机构原型,对机构的参数进行多目标优化设计并分析机构刚度性能,据此设计结构与功能拟人的仿生肩关节实验平台,并通过仿真和实验验证仿生设计原理的正确性与结构的合理性。本论文的研究成果在仿生肩关节领域取得了创新性的突破,为基于并联机构的仿生肩关节设计提供了新的方法。主要研究内容有:（1）仿生肩关节机构选型与运动学分析。分析人体肩关节的运动形式和运动范围,提出以新型3-RRR球面并联机构作为仿生肩关节的设计原型并推导运动正反解。（2）仿生肩关节机构多目标优化设计。以工作空间最大、灵巧性最高、最大关节力矩最小为目标对机构的参数进行多目标优化设计,得到一组Pareto最优解集。利用多目标决策方法筛选出满足需求的最优机构参数。（3）仿生肩关节机构刚度分析。利用虚拟弹簧法推导考虑连杆柔性的仿生肩关节机构笛卡尔刚度矩阵,分析工作空间内刚度性能指标分布与实际结构参数和材料属性对全局刚度性能指标的影响。（4）仿生肩关节实验平台设计与功能验证。根据结构与功能拟人化要求设计仿生肩关节实验平台虚拟样机。开展静力学有限元仿真分析结构强度和变形,开展运动学仿真实现沿规划轨迹运动的功能,最后搭建仿生肩关节实验平台并进行运动性能评估实验,验证设计原理的合理性。
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