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基于拓扑优化的上肢助力外骨骼机器人设计
基于拓扑优化的上肢助力外骨骼机器人设计
摘要：
近年来，随着人口老龄化的加剧和工业领域对人力资源的需求逐渐增加，上肢助力外骨骼机器人作为辅助人们完成各种工作任务的设备得到了广泛关注。然而，现有的外骨骼机器人设计普遍存在重量大、能耗高、动作笨拙等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种基于拓扑优化的上肢助力外骨骼机器人设计方法。通过对外骨骼结构进行优化，减轻其重量和能耗的同时，提高了机器人的运动灵活性和人机协同性。实验结果表明，所设计的外骨骼机器人在助力功能、重量、能耗等方面具有优异的性能，具备较好的应用前景。
关键词：上肢助力外骨骼机器人；拓扑优化；重量减轻；能耗降低；运动灵活性
1.引言
上肢助力外骨骼机器人是一种帮助人们完成各种上肢运动任务的辅助装置。它通过传感器感知人体运动意图，并提供相应的助力，减轻人体上肢的负担，同时增强人机协同性。然而，现有的外骨骼机器人设计面临着一些挑战，如重量过大、能耗过高、动作笨拙等问题，限制了其实际应用。
2.相关研究
在外骨骼机器人设计方面，拓扑优化是一种重要的设计方法。它通过对结构的优化调整，达到减轻重量和降低能耗的目的。此外，通过优化机器人的结构，还可以提高其运动灵活性和人机协同性。近年来，国内外学者在这方面做了很多研究工作，取得了一些进展。
3.设计方法
本文提出了一种基于拓扑优化的上肢助力外骨骼机器人设计方法。首先，利用有限元分析软件建立机器人模型，对机器人结构进行模拟分析，并提取关键点的应力和位移信息。然后，应用拓扑优化算法，对机器人的结构进行优化调整。最后，根据优化结果重构机器人模型，并进行结构、运动学和控制性能的评估。
4.优化结果与分析
通过对机器人结构的拓扑优化，减轻了其重量和能耗，提高了运动灵活性和人机协同性。实验结果表明，所设计的外骨骼机器人在助力功能、重量、能耗等方面具有优异的性能。
5.总结
本文基于拓扑优化的上肢助力外骨骼机器人设计方法，在减轻重量和能耗的同时，提高了机器人的运动灵活性和人机协同性。通过实验验证，表明所设计的外骨骼机器人具备较好的应用前景。
参考文献：
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