可穿戴式助力型外骨骼人機(jī)運(yùn)動(dòng)特征分析研究.pdf

1、隨著科技日新月異的發(fā)展，人體外骨骼受到人們高度重視，外骨骼技術(shù)成為科研機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)。外骨骼來源于節(jié)肢動(dòng)物利用堅(jiān)硬的外殼保護(hù)自身。后來，人類使用獸皮和鐵制鎧甲在戰(zhàn)場上保護(hù)自己。社會(huì)不斷進(jìn)步，這種簡單的外骨骼不能滿足人類使用，因此出現(xiàn)能夠減輕人體載荷的現(xiàn)代外骨骼技術(shù)。外骨骼通過機(jī)械構(gòu)件起支撐作用，將貨物重量直接作用于地面。外骨骼與人體保持一致，跟隨人體骨骼運(yùn)動(dòng)，因此可以視為人體骨骼的一種延伸。外骨骼能提升人體負(fù)重能力，增強(qiáng)人體耐力，緩解當(dāng)

2、前日益增長的負(fù)荷與人體極限機(jī)能之間的矛盾。目前，世界上美國、日本、法國等國家的科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)已經(jīng)將外骨骼技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，并各自推出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。
　　論文以西南交通大學(xué)研制的第二代可穿戴式助力型外骨骼實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為分析對象，從人體運(yùn)動(dòng)特征出發(fā)分析人機(jī)系統(tǒng)典型動(dòng)作特征。根據(jù)外骨骼系統(tǒng)以人為主，機(jī)械為輔的思想對外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及虛擬樣機(jī)仿真，論文具體工作如下:
　　(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)以及人體骨骼結(jié)構(gòu)，對人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。

3、從能量消耗、運(yùn)動(dòng)形式以及使用頻率等方面考慮，選取典型動(dòng)作雙膝蹲-起立、單膝跪-起立以及直立行走進(jìn)行分析。采用光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)對人體進(jìn)行測試，得到運(yùn)動(dòng)時(shí)身體特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。分析人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用采集的人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行人體動(dòng)作運(yùn)動(dòng)特征建模。分析人體運(yùn)動(dòng)中各特征角的曲線變化、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律。采用非線性擬合法對特征角進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到特征動(dòng)作特征角運(yùn)動(dòng)方程。將特征角運(yùn)動(dòng)方程與被擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。
　　(2)以西南交通大學(xué)第二代外骨骼

4、為分析對象，對外骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于D-H坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立外骨骼在廣義坐標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)方程。對特征動(dòng)作中外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到外骨骼關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程。
　　(3)對外骨骼進(jìn)行特征動(dòng)作的虛擬樣機(jī)仿真。建立特征動(dòng)作的虛擬樣機(jī)，結(jié)合人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行仿真。經(jīng)過分析對比得到特征動(dòng)作中外骨骼各關(guān)節(jié)的空間運(yùn)動(dòng)曲線以及驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)曲線。
　　綜上所述，對人體運(yùn)動(dòng)分析以及基于人體運(yùn)動(dòng)分析的外骨骼特征動(dòng)作虛擬樣機(jī)仿