當(dāng)前,有很多研究人員通過設(shè)計(jì)人體外骨骼來輔助人體行走。但大多數(shù)助力外骨骼是需要自帶供能系統(tǒng)(如電池等)進(jìn)行供能,一旦能量耗盡,得不到補(bǔ)充,這些設(shè)備就無法使用。為了解決助力外骨骼對自帶供能系統(tǒng)的依賴問題,有研究者希望通過捕獲自然界的能量為外骨骼供能,如光能、風(fēng)能等,但受使用場合和功率限制,這些方法也不可行。而通過對人體步行運(yùn)動特征的研究發(fā)現(xiàn),人體步行是一個周期性運(yùn)動,人體在這個周期中不同階段的能量分布是不均勻的,如果可以調(diào)整行走過程中身體能量的時間和空間分布,則可以有效地實(shí)現(xiàn)行走助力的目的。因此,本課題將利用人體的運(yùn)動特征和人體能量捕獲技術(shù),設(shè)計(jì)無需供能的下肢行走助力外骨骼。本課題提出了兩種基于膝關(guān)節(jié)的下肢行走助力裝置。在設(shè)計(jì)下肢助力裝置之前,我們首先研究了人體正常行走時的運(yùn)動特征和下肢的生物力學(xué)模型,然后根據(jù)這些研究理論提出了建立下肢行走助力和能量捕獲的數(shù)學(xué)模型,用于提高助力和能量捕獲的性能。隨后總結(jié)了設(shè)計(jì)下肢助力系統(tǒng)的具體方法�；谏鲜龅哪Ｐ秃驮O(shè)計(jì)方法,本課題設(shè)計(jì)了首先設(shè)計(jì)了基于膝關(guān)節(jié)的助力器,隨后通過改進(jìn),設(shè)計(jì)了另一款下肢助力外骨骼。為了驗(yàn)證理論,兩種助力裝置的原型樣機(jī)都被加工制造...

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景與意義
    1.2 助力外骨骼技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本項(xiàng)目的課題內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 主要研究思路、內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排
第二章 人體下肢的生物力學(xué)和動力學(xué)
    2.1 步態(tài)分析
    2.2 下肢的生理結(jié)構(gòu)及其力學(xué)分析
        2.2.1 下肢肌肉群劃分
        2.2.2 肌肉群-肌腱的力學(xué)特征
        2.2.3 肌肉的阻尼特性
    2.3 下肢動力學(xué)模型及其數(shù)學(xué)模型
        2.3.1 動力學(xué)分析方法
        2.3.2 人體七桿模型
        2.3.3 人體行走的動力學(xué)模型
    2.4 動力學(xué)仿真及分析
        2.4.1 人體慣性參數(shù)的測量
        2.4.2 行走運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)的獲取
        2.4.3 基于Adams的動力學(xué)仿真分析
    2.5 人在步行中可捕獲的能量分布情況及其模型
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于能量捕獲的下肢助力理論
    3.1 下肢助力的理論模型
        3.1.1 下肢助力的抽象模型
        3.1.2 助力外骨骼對生物機(jī)械功的影響
    3.2 能量捕獲模型
        3.2.1 發(fā)電機(jī)的力學(xué)模型
        3.2.2 機(jī)電轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型
    3.3 下肢助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
        3.3.1 助力外骨骼的簡化模型
        3.3.2 助力功能的數(shù)學(xué)模型
        3.3.3 人體能量流向的改變
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于膝關(guān)節(jié)的下肢能量捕獲及其助力分析
    4.1 膝關(guān)節(jié)助力器的設(shè)計(jì)模型
    4.2 數(shù)學(xué)模型、分析及仿真
        4.2.1 膝關(guān)節(jié)力矩重新分布的數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 助力器的功率輸出
        4.2.3 彈簧和阻尼對膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特征的影響
    4.3 原理樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)方法
        4.3.1 原型樣機(jī)的制造
        4.3.2 實(shí)驗(yàn)方法
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        4.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.4.2 結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于膝關(guān)節(jié)的下肢助力及其對步態(tài)影響分析
    5.1 下肢助力外骨骼的設(shè)計(jì)模型
        5.1.1 三維模型
        5.1.2 工作原理
    5.2 數(shù)學(xué)模型、分析及仿真
        5.2.1 膝關(guān)節(jié)力矩重新分布的數(shù)學(xué)模型
        5.2.2 發(fā)電功率輸出
        5.2.3 彈簧與阻尼的助力模型
    5.3 原理樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)方法
        5.3.1 原型樣機(jī)的制造
        5.3.2 實(shí)驗(yàn)方法
    5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        5.4.1 步態(tài)影響分析
        5.4.2 助力與能量捕獲效果分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3779954