【摘 要】
:
髋关节是人体活动中尤为重要的关节之一,在连接人体上半身的同时负责启动人体下肢。助力外骨骼是一种增强人体行走耐走性或减小人体代谢成本的辅助性行走设备,将人体自身行走的机械能进行回收,通过其机械结构将机械能转化为弹性势能,完成对人体行走提供助力,以此减小人体在行走过程中的的代谢成本,提升人体行走阈值。本文分析以髋关节为主的国内外无动力助力外骨骼现状,结合人体下肢运动特性和髋关节解剖学设计了一种储能元件
【基金项目】
:
中央军委科技委国防科技创新课题“XXXXX能量收集与存储关键技术样机研制(106-418321001)”; 教育部项目“老龄化背景下KOA运动辅具设计及应用研究(21XJC760003)”; 陕西省青年杰出人才配套基金“基于人体运动生物力学的下肢助力俘能及辅助康复关键技术与验证研究(106-451420001)”;
论文部分内容阅读
髋关节是人体活动中尤为重要的关节之一,在连接人体上半身的同时负责启动人体下肢。助力外骨骼是一种增强人体行走耐走性或减小人体代谢成本的辅助性行走设备,将人体自身行走的机械能进行回收,通过其机械结构将机械能转化为弹性势能,完成对人体行走提供助力,以此减小人体在行走过程中的的代谢成本,提升人体行走阈值。本文分析以髋关节为主的国内外无动力助力外骨骼现状,结合人体下肢运动特性和髋关节解剖学设计了一种储能元件为变刚度弹簧和卷簧的组合式无动力型髋关节助力外骨骼。主要研究内容如下:(1)人体下肢特性分析及数学模型建立。通过研究人体下肢运动生物力学特性和髋关节解剖学,建立人体下肢逆运动学模型和逆动力学模型,通过对人体进行下肢数据采集实验,得出躯干、足部位移轨迹,根据步态采集得到数据导入人体下肢逆动力学、逆运动学模型得到无动力髋关节助力外骨骼设计输入——髋关节运动参数。(2)无动力型髋关节外骨骼设计。通过分析人体下肢行走步态周期与髋关节的运动规律,得出装置适配运动原理,根据髋关节运动参数确定变刚度弹簧和卷簧的设计参数,通过Ansys仿真验证储能元件设计的合理性;根据变刚度弹簧运动行程设计凸轮传动机构与变刚度弹簧固定结构;根据人机工程学设计绑缚连接结构。最后进行外骨骼的实物加工,验证外骨骼机构设计的合理性、机械结构伟动性、人机协同性。(3)人机耦合仿真验证。利用Adams软件和Sol idworks构建人体与外骨骼的人耦合模型,在ADAMS中进行人机协同性和外骨骼助力效果分析,通过对比人体模型穿戴外骨骼前后的角速度、大腿质心速度、小腿质心速度来验证人机运动协同性;对比人体模型穿戴外骨骼前后的髋关节力矩,验证外骨骼设计的合理性及助力效果。(4)实验验证助力效果。通过Nokov动作捕捉实验,得出穿戴外骨骼前后髋关节角度、力矩、动能、势能的变化;通过肌电信号实验,得出穿戴外骨骼前后人体股直肌、股外侧肌、胫骨前肌的肌电信号变化,分析验证装置的助力效果。
其他文献
<正>外骨骼(exoskeleton)的定义来源于生物学,是指为生物提供保护和支撑的坚硬的外部结构。下肢外骨骼机器人穿戴于人体下肢,通过相应的操纵完成特定的行为,是一种融合了仿生学、人机交互、机械设计、传感器和智能控制等多种技术的综合体。下肢外骨骼机器人最初应用于军事领域,作为增强型机器人为军人增强负重能力和运动能力,在工业领域减轻工人工作负担,提高工作效率和安全性,在康复领域主要应用于帮助患有截
下肢外骨骼康复机器人是可以穿戴在人身体外部的人机一体化机械结构,临床上广泛用于由神经损伤及其他疾病导致的下肢功能障碍患者。本文介绍了国内外下肢外骨骼康复机器人的研究现状,指出了该领域目前存在的问题并分析了发展趋势,指出未来国内在下肢外骨骼康复机器人的研发方面应注重实际推广应用及智能化。
<正>成办函[2022]16号各区(市)县政府(管委会),市政府有关部门,有关单位:《成都市推行工业用地“标准地”改革实施方案》已经市政府同意,现印发你们,请认真贯彻实施。2022年2月21日成都市推行工业用地“标准地”改革实施方案为贯彻落实党中央、国务院关于深化“放管服”改革和优化营商环境的决策部署,深化要素资源市场化配置改革,促进土地集约高效利用,推动经济高质量发展,根据《四川省人民政府办公厅
基于人机工程学和人体下肢步态运动特点的研究,本文提出了一种可以在膝关节处产生助力效果的无动力外骨骼装置。依据其在运动过程中通过弹性变形产生能量有即储存即释放的特点来进行运动助力,用来补偿下肢做负功期间的能量损失,实现降低人体代谢能量的目的,从而提高人体行走耐久性和负重能力。论文的主要研究工作和取得的成果如下:(1)膝关节助力外骨骼人体工效特征。基于解剖学原理对膝关节生理特性进行分析,基于D-H法建
《义务教育语文课程标准(2022年版)》颁布后,语文教学有了可喜的开局,同时也存在着三大典型的误区:盲目求“大”、过度填写学习单、简单加挂学习任务群,这样导致学生的语文核心素养得不到有效提高。为此,教师要深刻领悟语文新课标的精神内涵,恪守“教—学—评”一体化的核心理念;要回归对文本的全面、深入解读,落实日常教学的规定性动作;要积极突围与创新,让学生的核心素养在实践中不断提升。这样教学,不仅能促进语
为设计助力效果良好的被动式下肢外骨骼,基于对人体行走的运动和力学特征以及相关主要肌群的力学表现的分析,提出了一种下肢外骨骼优化设计方法。通过开展人体行走实验,获取人体运动学信息和足底反力,并将其用于驱动Anybody仿真,从而得到人体行走过程中下肢肌肉的力学数据。借助Hill肌肉模型建立人体矢状面内的髋关节肌肉-肌腱-骨骼简化模型,并在该模型中添加虚拟扭簧以模拟助力外骨骼的作用,形成人体-外骨骼一
社会保障制度是关乎国家民生福祉改善的一项重要制度,而社会保障审计对于我国社会保障制度的践行具有保驾护航的作用。社会保障审计制度的完善是以我国社会保障审计制度的基础理论为基石,根据我国社会保障审计实践经验,剖析审计实例,得出社会保障审计中存在的问题并分析其成因,同时结合新修订的《审计法》中的法制目标与启示,所提出的健全社会保障审计法律规范体系和完善社会保障审计监督制度体系等两方面完善社会保障审计制度
随着教育教学改革活动不断深入,新课标应运而生,并为各学科教学提供了科学指导,有助于各学科教师改进教学实践,实现预想教学目标。在此背景下,教学评一体化教学模式逐渐得到了广泛认可,展现出了很大的价值。由此,在高中语文学科教学过程中,各任课教师就有必要加强教学评一体化教学实践,营造优质教学氛围,使学生有机会提高学习锻炼效果,大幅增强语文综合能力,并迅速提升到较高水平。
外骨骼助力机构是通过人机协作来减少人体代谢能消耗进而实现助力,同时对人体进行支撑和保护的可穿戴装置。本文主要针对户外运动者及老年人构思出了一种被动储能式人体下肢外骨骼机构,该机构可将人体行走过程中的重力势能及动能储存起来,并在合适的时机释放出来帮助人体行走,减少代谢能消耗,可增加穿戴者的行走距离。为验证所提出的外骨骼机构助力效果,本文主要从结构选型设计、动力学分析、仿真验证几个方面对外骨骼机构展开
下肢助力与俘能装置一方面用于减少人体运动的能量代谢,另一方面,是将下肢行走时产生的能量进行收集与转化,用于微小型设备供电。本文针对下肢无动力助力与俘能外骨骼进行了机构创新设计、仿真分析、功能与性能实验测试等研究,主要内容如下:(1)下肢运动生物力学特性分析。根据下肢步态规律,将其简化为平面三连杆结构,并利用拉格朗日方程法建立下肢生物力学模型。利用光学动捕实验法采集下肢步态数据,通过Mokka软件和