基于MATLAB的人体上肢运动分析及仿真.pdf

基于MATLAB的人体上肢运动分析及仿真.pdf

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天津科技大学硕士学位论文基于MATLAB的人体上肢运动分析及仿真姓名：

张爱丽申请学位级别：

硕士专业：

机械设计及理论指导教师：

张建国2003.3.1天津科技大学硕士学位论文摘要f七自由度人体上肢模型自由度较多，接近人体上肢的动作机能，但由于每增加一个自由度都需配备相关的驱动装置，使机构的复杂度和成本成倍地增加。

当为残疾人设计仿生上肢时，仅需考虑使用者能完成最基本的日常活动，故可以对七自由度上肢模型的几个自由度进行必要的取舍，以得I!

Iii帮助残疾人完成基本日常活动、自由度更少、机构更加简单的仿生上肢。

丁本文通过实验和理论分析建立了五自由度的上肢模型，该模型能代替七自由度上肢完成日常活动，简化了仿生上肢机构，降低其生产成本。

文中还运用MATLAB语言对所建立的五自由度上肢模型进行了运动学和动力学分析及仿真。

在总结人体上肢45项基本日常活动的基础上，对这些活动进行了动作分解、提取及过滤，得到8项影响上肢关节活动范围的动作，将其作为实验项目，测得人体上肢在日常活动中的关节活动范围。

结合实验结果，建立了能代替七自由度上肢完成日常活动的五自由度上肢模型。

该模型能满足残疾人对仿生上肢可完成基本日常活动、成本低、灵巧美观的要求。

采用VC与MATLAB语言混合编程及引擎调用技术，编制了五自由度上肢的运动分析程序，并对该模型进行了合理性分析。

用户只需输入仿生上肢的结构参数和状态参数，就可对其进行运动学和动力学分析，得到上肢的位置、姿势和关节驱动力，并实现上肢模型的仿真。

关键词：

上肢运动学，动力学，仿真，MATLAB一|l一墨坚型垫查兰堡圭兰堡堡茎ABSTRACTIngeneral，peoplefeelliketheupperlimbmodelofhuman，whichprovidessevenDOF（DegreeofFreedom），becausethemodelprovidesmoreDOFandismorecoincidenttothefunctionofhumanupperlimbButasaddingoneDOFmeanstoaddasuitofrelativedrivingdevice，thecomplexityoftheequipmentwouldbegeminatedBecausewhatweshouldtakeintoaccountisthatthehandicappedonlyneedtohandlethemostbasicactivitiesintheireverydayliving，somenecessarysimplificationsmaybetakenintothedesignofthebiomechanicalupperlimbforthehandicappedOnthebaseofthesevendegreeof-freedommodelThenthemodel，whichnotonlyCanhelpthehandicappedcompletethebasiceverydayactivities，butalsohasfewerDOFandamoresimplestructure，canbeavailableInthispaperafive-degree-of-freedommodelofhumanupperlimb，whichCanfulfillthebasiceverydayactivitiesofhumanupperlimbinsteadofthesevendegree-of-freedommodel，wasbuiltwithexperimentaltestifyandtheoreticanalysisItpredigestedthemachineofbiomechanicalupperlimbandwillfavortopopularizeandextendtheapplicationofbiomechanicalupperlimbAtthesametimethekinematicsanalysis，dynamicsanalysisandsimulationofthefivedegreeof-freedomupperlimbmodelhavebeencarriedoutinthispaperusingMATLABOnthebaseofsummarizingforty-fivebasicactivitiesofupperlimbineverydaylivinganddecomposing，pickingupandfiltratingtheseactivities，therewereeie出tactionsLeft，whichweretheitemsoftheexperimentWiththeexperimentalresultsoftheactivitiesrangeofupperlimbjoints，afive-degree-of-freedommodel，whichCancompleteeverydayactivitiesinsteadoftheseven-degree-of-freedomupperlimbandsatisfythehandicappedSneedsforlowlycosting，skillfulandbeautifulandbeingabletohandlethebasiceverydayactivities，hasbeensetupUsingtheskillsofprogrammixingVCandMATLABandenginetransfer,akineticanalysisprogramofthefivedegree-of-freedomupperlimbwassetupAndthereasonableanalysiswascarriedoutTheconsumersonlyneedtoinputthestructureandstatusparametersofthebiomechanicalupperlimbThentheyCancarryoutthekinematicanddynamicanalysisAlsotheycangetmepositions，statusanddrivingforceofthejointsandrealizethesimulationofupperlimbKeywords：

upperlimb，kinematics，dynamics，simulation，MATLAB天津科技火学硕士学位论文第一章绪论1。

1橇器入技术机器人怒传统的机构学与璎代嗽子技术耀缮会的产物，也是当代寒耨技术发展的个重溪内容。

人们制造机器人是为了让枧器入来代蛰人媳工乍，所以希望机器人能够具有人的劳幼机能。

20世纪50年代是机器人的萌芽期，其概念是“个空间机构组成的机械臂，一个可重复编程动作的机器”。

60年代，美国联合控制公司推出了第一台机器人“尤尼麦特”之后，工业机器入进入成长期，井开始向实用化发展，被用于焊接和喷涂作业中。

70年代，随着计算机和入工智能的发鼹，机器入进入实用化时代，日本结合本国国情发展祝器入产监，一举成为“视器入”王国。

80年代，机器人发展成为具有备种移动机构、通过传惑器控制的孛凡器，工泣机器入进入了普及时代，开始在汽车、奄予等符业得到大羹使用。

90年代纫期，税器入的生产和需求遴入麓潮期，在计算技术帮人工锗髓科学发袋静蒺穑土，开始商智能机器入的方自发震11】。

在短短40年戆封趣墨，枧嚣久技术褥到了遂速的发疑，篷瑗了疫焉于不姆领域各具特色蜓机器人，铡如仿人机嚣人、军罴坎器人、水下枕器人、空阐机器人、服务机器人、微型枫器人、机器人化枧爨、枧器人足球等。

枧嚣人技术已经应用于许多领域，如机械、电子、仪器设备、工业自动化、半导体、航空航天、生物技术、滕学、危险品及废物处理等。

由于人类文明的进步和生活水平的提高，机器人技术在医学方面的应用更为广泛。

医学机器人主要包括康复机器人和外科手术机器