【摘 要】
：
下肢助力式外骨骼是结合仿生、感知、控制等多项技术的综合性一体化系统,其在军事、医疗等多个领域展现出广阔的应用前景。实现人机一体化的耦合控制是目前外骨骼研究的一大难点,而人体步态的实时感知技术则是外骨骼精准控制的前提条件。文章以感知人体步态信息为出发点,设计并搭建面向下肢外骨骼的步态数据感知系统,并针对其在外骨骼中的应用场景展开研究:（1）搭建步态感知系统并采集步态数据。针对传统单一传感器在步态信息
【基金项目】
：
重庆市研究生科研创新项目“外骨骼人机交互及多通道生物信息融合系统研究”（项目基金号:CYB19062）；
论文部分内容阅读
下肢助力式外骨骼是结合仿生、感知、控制等多项技术的综合性一体化系统,其在军事、医疗等多个领域展现出广阔的应用前景。实现人机一体化的耦合控制是目前外骨骼研究的一大难点,而人体步态的实时感知技术则是外骨骼精准控制的前提条件。文章以感知人体步态信息为出发点,设计并搭建面向下肢外骨骼的步态数据感知系统,并针对其在外骨骼中的应用场景展开研究:（1）搭建步态感知系统并采集步态数据。针对传统单一传感器在步态信息获取中的局限性,本课题集成了表面肌电传感器、薄膜压力传感器、惯性测量单元3种不同种类传感器以搭建便携式、低成本的多源步态感知系统,并涵盖了基于MATLAB的数据存储、显示功能与基于蓝牙的无线传输功能以满足外骨骼使用需求。同时招募被试者采集了穿戴3款关节助力外骨骼样机的步态数据,以及7种不同动作模式的步态数据。（2）面向无动力外骨骼的步态差异评估研究。现阶段外骨骼研发体系缺少对人体正常步态影响程度的评估方法以衡量其适用性。针对此问题,文章探讨了一种运用模糊算法分段步态数据,再结合动态时间规整（DTW）分析相似性的方法,以细化度量外骨骼步态与正常步态的差异,在对3款不同关节助力外骨骼样机的测试中得出,各关节助力外骨骼在步态不同阶段对人体关节、肌肉、足部活动都造成了不同程度不良影响。（3）面向动力外骨骼的步态意图识别研究。动力外骨骼控制系统需准确、实时地识别人体步态以实现控制模式切换,为此文章搭建了基于Bi-LSTM的步态识别模型,得到96.90%的离线识别准确率。同时设计了基于滑动时间窗口的在线识别机制并分析最优时间窗口。在此基础之上,文章探讨了基于角速度极值点检测的动态时间窗口调整方法,以实现兼顾准确性与实时性的步态在线识别,并设计在线识别实验,在3位被试者随机的步态切换中得到平均94.44%的在线识别准确率,实验证明了该方法的有效性。
其他文献
尾传动系统作为直升机的重要组成部分,其可靠性将直接影响直升机整体的服役性能。然而,直升机复杂的工作环境与服役条件容易导致尾传动系统中的零部件损伤失效,包含故障信息的振动信号通常经过多条传递路径才能到达传感器测点位置,因此,研究直升机尾传动系统的振动传递路径,识别振动信号传递的主要路径,对直升机进行故障诊断具有重要意义。本文以直升机尾传动系统为对象,主要从理论分析和动力学仿真的角度对直升机尾传动系统
随着风能等新能源受到人们的广泛关注,风力发电技术得到了极大的发展,装机容量逐年上升。风电传动系统作为一种典型的机电耦合系统,在变速变载的运行工况下其内部响应十分复杂,搭建地面实验台研究其机电耦合效应对提高风电机组可靠性具有重要意义。本研究依托国家重点研发计划“大型风电齿轮传动系统关键技术及工业试验平台”的课题一“大型风电齿轮传动系统机电集成设计”（课题编号:2018YFB2001601）,以某8M
我国在“十四五”期间风电装机容量预期新增250 GW,发展前景巨大,然而随着我国风电补贴国家政策全面取消,对风电机组度电成本提出了严苛要求。风轮直径每增加10%,整机发电量将提高8%～10%,发展10 MW+超大型风电机组是降低风电度电成本的重要措施。风电齿轮箱是风电机组中传递力与运动的核心传动装置,其运行性能直接影响机组可靠性与安全性,因此发展10 MW+超大型风电机组对风电齿轮箱全尺寸试验性能
活齿传动作为一种新型的齿轮传动型式,具有承载能力大,结构新颖简单,传动效率高,传动比大等优点。目前应用于市场的少齿差精密齿轮传动技术主要有谐波传动,RV传动和行星齿轮传动技术,但减速器的各项指标与国外产品存在一定差距,特别是对减速器精度要求较高的应用场合仍然受制于国外。活齿传动技术在替代这三大传动技术方面具有更加广阔的应用前景,但相关减速器产品走向市场还有一段距离。本文对一种新型的双波复波活齿传动
齿轮传动依靠齿轮副啮合传递运动和动力,传动效率高,广泛应用与船舶,汽车,航空航天等行业中。然而,关键重要装备一旦传动系统失效,就会造成巨大的损失,因此,要求关键传动系统可靠性高,寿命长。一些重要关键传动系统的服役环境苛刻,工作在高温,高速,重载的极端环境中,容易出现早期故障,如果不能及时发现,会发生严重事故,造成重大经济损失,甚至人员伤亡。国内外对于重大装备的状态检测与健康管理予以高度重视,进行了
滚动轴承是旋转机械设备中最常用也是最容易产生故障的关键零部件之一,旋转设备的运行性能与滚动轴承的健康状态息息相关,因此,对滚动轴承进行故障状态诊断显得尤为重要。但实际生产过程中,由于机械设备无法长期运行在故障状态下,所以难以获得完备的多种故障状态下的实测数据,无法通过常规的智能诊断算法对轴承故障进行模式识别。针对此问题,本文提出非完备数据情况下的轴承故障辨识方法。在基于轴承动力学仿真的虚拟样本构建
发展可再生能源是加快我国能源结构转型,实现碳达峰碳中和的重大发展战略,我国风资源储量超10亿千瓦,发展潜力巨大。由于深远海风资源密度高、风速稳定和不占用陆地面积等特点,风电机组正朝着大功率、深远海发展,大功率浮式风电机组是当前风能技术发展的主流趋势,而传动链作为风电机组传递兆瓦级功率的关键传动装置,其性能直接影响整机运行寿命。由于浮式风电机组风轮转动惯量大且常年工作在复杂交变载荷下,加之浮式平台的
智能制造技术是我国制造业从低端、低效转向高端、高效、高质量发展的技术基础,其核心要义是统筹企业各生产资源并进行科学、高效配置。数控刀具在机械制造过程中的作用越来越大,刀具的效率、成本逐渐成为了影响整个生产效率的重要因素。现有刀具种类繁多,管理模式混乱,极易造成刀具丢失,劳动重复率高。模块化刀具具有良好的互换性、多样灵活的组合方式等优点,在机械加工型企业的应用越来越广泛。而在刀具调度方面,多数还停留
各类连接结构在复杂激振力耦合作用下产生高频小幅的强制振动,连接配合面发生微观尺度的相对运动,即微动。微动可导致构件运行寿命降低30%,甚至更多,很多结构性破坏都可追溯至相关连接界面的微动损伤。工程用连接件由于结构的复杂性,造成其微动疲劳的参数并不明确,研究人员通常采用圆柱/平面模型对微动疲劳机理进行研究,而常规的二维有限元模型忽略了接触边界处的应力集中效应及疲劳裂纹沿厚度方向扩展行为,因此本文研究
点阵结构在轻量化设计与能量吸收等方面展现出了优异的性能,研究轻质高强的点阵结构,对高性能航空航天装备设计具有重要意义。针对性能优异的三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS）点阵结构,现有研究多着眼于偏移值对结构性能的影响,结构构型固定且性能的调节幅度有限,缺乏频率对TPMS点阵结构性能影响规律的深入研究。因此本文针对当前TPMS点阵结构研究中存在