康复外骨骼人机约束处六维力传感器设计.pdfVIP

第 1期 机械设计与制造 2013年 1月 Machinery Design Manufacture 23 康复外骨骼人机约束处六维力传感器设计 袁树峥，张自强，高文秀，李剑锋 (北京工业大学 机械工程及应用电子技术学院，北京 100124) 摘 要：为获取康复外骨骼与人体连接处的接触力信息，根据人一机连接约束情况，设计了一种Stewart型六维力传感器 的结构。通过对传感器进行模型分析、结构参数优化和柔性铰链的刚度分析，得到传感器的结构尺寸；采用有限元方法对 传感器进行静力和模态分析，得到传感器的应力云图、模态振型和固有频率，结果表明该传感器具有较高的灵敏度和固 有频率等特点，满足康复外骨骼的测量要求。 关键词：康复外骨骼 ；六维力传感器；柔性球铰 ；有限元方法 中图分类号：TH12；TP212 文献标识码：A 文章编号：1001—3997(2013)01—0023—03 DesignofSix-AxisForce／TorqueSensorfortheConnectionBetweenthe RehabilitationExoskeletonandHumanBody YUAN Shu-zheng，ZHANGZi—qiang，GAOWen—xiu，LIJian—feng (CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China) Abstract：Inordertoobtainthecontactforceinformation，byanalyzingtheconnectionbetweenexoskeletonnadhumanbody， aStewart—typesix-axisforce／torquesensorstructuresidesigned．Thestructuresizesofthesensorareobtainedbynaalyzing sensormodel，praameteroptimizationnadthestfifnessofsphericalfiexurehinge．Thefiniteelementmethodsiusedtonaalyze thestaticanddynamicchraacteristicofthesensorstructureinordertogetthedistributionof stress，vibrationmodenad inherentfrequencyofthesensor．Analysisresultsshowthatthesxi—axsisenorCna meetthedemandsofrehabilitation exoskeleton，withhighsensitivitiesnadinherentfrequency． KeyWords：RehabilitationExoskeleton；Six-axisSens0r；SphericalFlexureHinge；FiniteElementMethod 1引言 F=Gaf 式中：G——阶静力影响系数矩阵； 在康复外骨骼人一机协调性的研究中，由于人体运动的灵活 A1—Bl A厂口2 A 反 性和复杂性，要求六维力传感器测量康复外骨骼相对人体不同姿