基于步态分析的助老型下肢外骨骼仿真与开发

来源 :西安工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myfarm
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,国内老龄化问题日益严重,助老型产品市场需求量巨大,且下肢运动困难一直以来都是老年人所面临的一大难题,然而在市场上并未出现针对于老年人的下肢助行产品,因此本文研究了一款针对于老年人集物联化与智能化于一体的下肢无动力外骨骼机器人及其配套使用的穿戴式智能健康监测系统。本文研究的主要内容如下:(1)论述了中国日趋严峻的老龄化现状及老年人所面临的下肢运动障碍问题,接下来综述了无动力型下肢外骨骼及步态信息采集的发展现状,归纳了当前无动力型下肢外骨骼的研究现状与未来发展的方向,明确了当前助老助行存在的问题。(2)无动力下肢外骨骼设计需要运动学相关数据,采用Animat Lab建立了人体下肢生物机械模型,提出了具备生物学特性的神经网络控制器包含生物力学模型和合成神经系统,模型基于线性Hill肌肉模型及integration-and-fire神经元模型,使模型更大程度上类似于人体的自然行走,其输出的运动学数据在时间上是动态的、连续的,为接下来研究奠定基础。(3)基于摄像机图像处理的检测系统进行了步态信息的采集,将所得的图像信息采用MATLAB软件相关算法完成了数据处理,为无动力下肢外骨骼的设计提供了运动学数据,并通过数据验证了下肢骨骼模型的正确性。(4)采用ADAMS软件将仿真数据与实验数据相结合确定出各关节内部的驱动力矩,对外骨骼结构进行设计,比如腰部结构设计、髋关节处结构方案设计、储能装置设计等,使外骨骼模仿人体肌肉的收缩和舒张并且采用Solid Works完成外骨骼的三维建模,最后采用ANSYS软件对薄弱零部件进行刚强度校核,选取了材料后根据图纸进行了外骨骼的加工。(5)完成穿戴式智能健康监测系统的设计。对微控制器、传感器等硬件模块进行选型;对数据传输等软件设计进行论述;针对于老年人使用的特点,对APP进行人机交互界面设计,最后将传感器等硬件设备装入外骨骼设备中,进行智能监测系统的调试。本文研究了无动力助老型下肢外骨骼及其健康监测系统,对下肢骨骼模型的建立及其相关原理进行详细的论述,通过对步态信息的采集及数据分析验证了下肢骨骼模型的准确性,并结合下肢骨骼模型的仿真数据和步态信息的采集数据确定了下肢无动力外骨骼合理的设计方案,最后完成了穿戴式智能健康监测系统设计与实物的加工。
其他文献
薄壁件冲压成型技术是一种常用于生产薄壁金属零件的加工工艺,通常是将金属板材放置在冲床上,然后使用冲头将板材加工成所需的形状。在车辆制造业和军事行业中,金属薄板的冲压成型技术尤为重要。常规的反复式冲压和试模的技术确实是一个常用的生产工艺,但其弊端却非常显著,无法保证产品的质量,并且会增加研发周期和成本。随着计算机有限元分析技术的不断发展,板料成型技术迎来了更多的发展和机遇。板料成型CAE软件可以预测
学位
在铁路中转站场务作业中,列车溜逸作为常见的事故之一为铁路运输部门带来巨大的损失,有必要采取新的手段降低该事故发生的概率。铁鞋作为一种列车防溜装置,因具有良好的便携性以及受地域环境限制较小等优点被广泛采用。目前,传统铁鞋因缺乏智能性而存在放置不规范、周期性巡检工作量大、出入库手工记录繁琐、漏支漏撤无报警、意外失窃等问题。为了实时掌握铁鞋的工作动态、及时了解铁鞋在现场工作的状况,非常有必要结合新型传感
学位
随着微米、纳米时代的发展,难切削金属零部件和结构要求的尺寸越来越小、精度越来越高。微细电解加工凭借着工具与工件无接触、加工表明光滑无毛刺、加工过程工具无磨损、工件上不产生应力等优点,解决了小尺寸制造方面特别是航空航天、武器装备、精密仪器等领域微小零件的制造难题。但是微细电解加工也存在着加工精度难以提高的问题,所以可以利用外加磁场引入到微细电解加工中来改善微细电解加工的加工精度,也可以利用廓形预测的
学位
难切削材料1J116凭其优良特性被广泛应用于航空、航天等重要领域。目前由该材料所加工的内壁环槽结构(尤其是小尺寸结构)已成为一个难题,传统机械加工存在刀具可达性差、加工效率低、表面残余应力、刀具磨损严重等问题,难以保证加工精度和加工质量。电火花技术在加工时存在残余应力、表面变质层、微裂纹的问题,影响成形效率和精度。电解加工技术因刀具(阴极工具)和工件非接触、无切削力、工具无损耗、加工成本低等特点,
学位
学位
注塑模具产品的不断改变,注塑模具零件的种类不断增加,加工方式与特点也越来越多,使得注塑模具复杂性增加。在数字化资源平台广泛使用的背景下,各个制造企业都已经在行业的发展过程中积累了许多包含设计制造信息的注塑模具零件信息,如何在现有的注塑模具零件信息模型中发掘有用信息并加以整合重用,是减少重复性设计,加快产品研发,为企业节省成本的重要途经。本文针对注塑模具的多维信息进行融合与重用,从注塑模具特征分析和
学位
插齿刀是加工齿轮的刀具之一,插齿刀的精度会直接影响到齿轮加工的精度和效率。影响插齿刀磨削精度的重要因素是砂轮修整的精度和展成磨削时砂轮进入插齿刀齿槽的角度。砂轮修整的精度主要由砂轮修整的对刀精度影响。因此,本课题的主要研究内容分为两部分,分别为砂轮修整时的对刀问题和砂轮进入刀槽位置的优化方法。本文通过对传统对刀方式的研究,在此研究基础上利用声发射技术来代替传统对刀过程中人工观察进行对刀的技术。研究
学位
在智能车间管理、设备健康状态评估等领域,红外测温技术具有广泛使用价值和发展前景,该技术既可以评估大型设备运行健康状态,还可以降低人力检修成本,更重要的是能降低工人操作风险,提高生命安全系数。但是,目前市场中常见的三目红外测温系统具有体积大,主控运算效率低,运维生产成本高等缺点。以红白光双目为主的红外测温系统其体积和主板运算负担都较小,相对运维成本低,是目前红外测温系统的主要研究方向之一。然而,由于
学位
近年来,随着国际形势的不断变化,我国航空工业也在不断的发展。航空发动机以及其他航空零件的需求随着市场的变化在以极快的速度增长,但受限于国内的加工技术,现有生产线的生产能力并不能满足订单的需求。本文主要针对H公司机匣加工生产线进行研究,对生产线进行平衡优化,并在理论上验证数控电解加工替换传统加工后生产线效率的提升效果。为验证异地协同制造与生产,对实验场地数控电解加工设备进行了布局规划。另外,考虑到特
学位
生鲜商品损耗严重和供需信息不对称已成为生鲜行业的痛点。生鲜经销商作为消费者和供应商之间的沟通桥梁,需提前合理预估生鲜商品的需求量,科学地选择供应商,做好资源的合理配置,让整个生鲜供应链高效有序地运转。在生鲜商品的需求预测过程中,第一步以科学性、可得性、针对性为原则,从产品属性层面和宏观环境层面等方面初步构建了10个生鲜商品需求影响因素。第二步在SPSS软件上计算出10个生鲜商品需求影响因素与需求量
学位