下肢被動外骨骼在降低人體行走代謝能消耗、增強行走耐力方面具有潛在優(yōu)勢,研發(fā)實用的外骨骼裝置具有重要的科學意義和迫切的現(xiàn)實需求。本論文借鑒人體生物肌腱組織獨特的能量高效轉化特性,開展彈性外肌腱輔助下的人體髖關節(jié)肌肉肌腱生物力學建模與仿真研究,揭示外肌腱作用下的人體下肢肌骨系統(tǒng)生物力學行為與能量轉化規(guī)律,并據此開發(fā)了可降低行走代謝能消耗的髖關節(jié)被動外骨骼裝置。論文研究成果為減小人體行走代謝能消耗的外骨骼設計提供了創(chuàng)新性的解決方案,為用工程科學的方法增強人體運動能力提供了支撐。主要研究工作包括:(1)彈性外肌腱的提出與嵌入原理。結合人體生物肌腱的儲能、釋能特性及其對代謝能的影響機理,研究了人體生物肌腱的功能仿生設計原理,提出了在關節(jié)負功拉伸儲能、正功收縮釋能的彈性外肌腱嵌入方法。結合行走過程中髖關節(jié)關節(jié)功率及肌電變化特征,確定了彈性外肌腱驅動的髖關節(jié)被動外骨骼設計方案。(2)髖關節(jié)肌骨模型構建方法。以Hill三元素肌肉模型為基礎,結合關節(jié)幾何學與人體解剖學理論,以肌肉力-肌肉長度-肌肉收縮速度之間的特征關系為約束,通過最小化模型輸出力矩與人體關節(jié)生物力矩之間的差異來優(yōu)化模型參數,建立了可復現(xiàn)...

【文章頁數】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1踝關節(jié)被動外骨骼裝置

華中科技大學碩士學位論文上的代謝能消耗，但是與不穿戴外骨骼裝置相比，該裝置僅能在上減少12%的代謝能消耗，這表明裝置重量對代謝能結果造成了于彈簧剛度及初始長度的選取缺乏科學的優(yōu)化設計方法，使得該最大輔助效應。而隨后，肌肉層面的超聲波實驗研究進一步表明比目魚....

圖1.2膝關節(jié)被動外骨骼裝置

華中科技大學碩士學位論文慮到裝置自身重量所帶來的影響，這表明該裝置確有一定的輔助效應應相當于人體攜帶該裝置行走所需消耗的額外代謝能。盡管該研究證下肢關節(jié)做負功同樣可以減少代謝能消耗，但是，如何輔助可使得代常水平以下仍是一個有待解決的問題。

圖1.3多關節(jié)被動外骨骼裝置

利用彈性繩索、滑輪和連桿機構，設計了一種隨人體下肢動拉伸的被動外骨骼[26]（圖1.3（d）），但行走輔助的實驗結果并不戴該裝置消耗的代謝能比不穿戴要多。實驗分析表明裝置重量是造成主要因素，同時，外骨骼迫使人體在其輔助下形成一種新的動態(tài)平衡該外骨骼裝置改變了人體自然行走時的步態(tài)....

圖1.4被動式重力支撐下肢外骨骼[30]

技大學碩士學研究相對較少。如圖1.4所于支撐體重的[29]，浙江大輔助支撐人體重量減輕膝走能量的回收與再利用。骼膝關節(jié)可在支撐相與擺進行減重支撐的同時存儲果表明該外骨骼裝置可降低外骨骼動量。

本文編號：3999274