下肢被動外骨骼在降低人體行走代謝能消耗、增強(qiáng)行走耐力方面具有潛在優(yōu)勢,研發(fā)實(shí)用的外骨骼裝置具有重要的科學(xué)意義和迫切的現(xiàn)實(shí)需求。本論文借鑒人體生物肌腱組織獨(dú)特的能量高效轉(zhuǎn)化特性,開展彈性外肌腱輔助下的人體髖關(guān)節(jié)肌肉肌腱生物力學(xué)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(xué)行為與能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,并據(jù)此開發(fā)了可降低行走代謝能消耗的髖關(guān)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(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新性的解決方案,為用工程科學(xué)的方法增強(qiáng)人體運(yùn)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(jié)合人體生物肌腱的儲能、釋能特性及其對代謝能的影響機(jī)理,研究了人體生物肌腱的功能仿生設(shè)計(jì)原理,提出了在關(guān)節(jié)負(fù)功拉伸儲能、正功收縮釋能的彈性外肌腱嵌入方法。結(jié)合行走過程中髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)功率及肌電變化特征,確定了彈性外肌腱驅(qū)動的髖關(guān)節(jié)被動外骨骼設(shè)計(jì)方案。(2)髖關(guān)節(jié)肌骨模型構(gòu)建方法。以Hill三元素肌肉模型為基礎(chǔ),結(jié)合關(guān)節(jié)幾何學(xué)與人體解剖學(xué)理論,以肌肉力-肌肉長度-肌肉收縮速度之間的特征關(guān)系為約束,通過最小化模型輸出力矩與人體關(guān)節(jié)生物力矩之間的差異來優(yōu)化模型參數(shù),建立了可復(fù)現(xiàn)...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1踝關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置

華中科技大學(xué)碩士學(xué)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(jié)果造成了于彈簧剛度及初始長度的選取缺乏科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使得該最大輔助效應(yīng)。而隨后，肌肉層面的超聲波實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步表明比目魚....

圖1.2膝關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置

華中科技大學(xué)碩士學(xué)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(yīng)應(yīng)相當(dāng)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(guān)節(jié)做負(fù)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(guān)節(jié)被動外骨骼裝置

利用彈性繩索、滑輪和連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果并不戴該裝置消耗的代謝能比不穿戴要多。實(shí)驗(yàn)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(xué)碩士學(xué)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(guān)節(jié)可在支撐相與擺進(jìn)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