机床上下料领域,10kg以内小型物料的搬运工作主要是由工人完成的,长时间的工作会引起上肢疲劳;此外,机床的不正当操作或突发情况的出现,也有可能对人体上肢产生伤害。针对上述问题,本文研究设计一款基于液压驱动的穿戴式上肢助力机械臂,用于辅助人体搬运10kg以内的小型物料。穿戴助力机械臂后,可以把末端负载力传递到全身,从而缓解人体上肢的疲劳;同时,末端执行器代替工人人手操作,起到了安全保护的作用。本文的主要研究工作如下:助力机械臂结构设计。依据工作要求,从人体上肢运动机理出发,设计一套5自由度上肢助力机械臂;以液压作为驱动源,对液压回路进行分析设计;传动方式选择钢丝绳传动,对钢丝绳进行选型设计;对主体部件和主要零件进行静力分析,检验结构设计的可靠性。助力机械臂运动学分析。借助D-H法构造运动学模型,进行运动学正逆解的计算;基于蒙特卡洛算法,借助Matlab求解工作空间云图;计算雅可比矩阵,建立关节和末端执行器间的速度映射关系;基于ADAMS针对两种常见搬运任务,进行运动学仿真分析。助力机械臂动力学分析。通过添加辅助弹簧、滑轮的方式,建立助力机械臂的重力平衡模型,使其在运动过程中势能保持不变,减少关节损耗;借助拉格朗日方程法,构建动力学方程;基于ADAMS进行动力学仿真,分析对比重力平衡状态和非重力平衡状态下的关节力矩变化曲线,考察重力平衡的有效性。