可穿戴式助力型外骨骼人機運動特征分析研究.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)成為科研機構(gòu)的研究重點。外骨骼來源于節(jié)肢動物利用堅硬的外殼保護(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，跟隨人體骨骼運動，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，增強人體耐力，緩解當(dāng)

2、前日益增長的負(fù)荷與人體極限機能之間的矛盾。目前，世界上美國、日本、法國等國家的科研機構(gòu)和大學(xué)已經(jīng)將外骨骼技術(shù)列為重點發(fā)展項目，并各自推出實驗樣機。
　　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驗樣機為分析對象，從人體運動特征出發(fā)分析人機系統(tǒng)典型動作特征。根據(jù)外骨骼系統(tǒng)以人為主，機械為輔的思想對外骨骼進(jìn)行運動學(xué)分析以及虛擬樣機仿真，論文具體工作如下:
　　(1)根據(jù)運動生物力學(xué)以及人體骨骼結(jié)構(gòu)，對人體運動進(jìn)行分析。

3、從能量消耗、運動形式以及使用頻率等方面考慮，選取典型動作雙膝蹲-起立、單膝跪-起立以及直立行走進(jìn)行分析。采用光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)對人體進(jìn)行測試，得到運動時身體特征點的空間三維坐標(biāo)。分析人體運動規(guī)律，利用采集的人體運動數(shù)據(jù)進(jìn)行人體動作運動特征建模。分析人體運動中各特征角的曲線變化、運動學(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，得到特征動作特征角運動方程。將特征角運動方程與被擬合數(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)的運動學(xué)分析，建立外骨骼在廣義坐標(biāo)下的運動方程。對特征動作中外骨骼機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析，得到外骨骼關(guān)節(jié)點的運動軌跡方程。
　　(3)對外骨骼進(jìn)行特征動作的虛擬樣機仿真。建立特征動作的虛擬樣機，結(jié)合人體運動的運動學(xué)方程進(jìn)行仿真。經(jīng)過分析對比得到特征動作中外骨骼各關(guān)節(jié)的空間運動曲線以及驅(qū)動液壓缸運動學(xué)參數(shù)曲線。
　　綜上所述，對人體運動分析以及基于人體運動分析的外骨骼特征動作虛擬樣機仿