基于解剖学与生物力学研究的无源半蹲姿助力稳定器设计

发布时间：2022-11-06 16:15

　　工业生产过程中,站姿是最适合工作的姿势。然而,长时间站立常常引发工人的疲劳与不适,带来职业性肌肉骨骼疾患。美国劳动统计局2014年度报告显示,WMSDs在工伤和职业性疾病中约占32%,每年都会造成数十亿美元的经济损失,因此降低职业性肌肉骨骼疾患风险对于职业安全和健康领域来说是一个国际化的挑战。通过对站姿状态下人体下肢肌肉骨骼发力与易损情况的研究,本文发现,长时间站立会对膝关节造成较大压力,使比目鱼肌、腓肠肌、股外侧肌产生疲劳,然而坐姿状态下就不容易产生这些问题。因此本文希望能够设计一种下肢助力稳定器,让用户随时随地地“坐”,同时又不影响用户的正常行动能力。本文的研究过程如下:1、通过调研明确下肢助力稳定器设计方向:本文对人体下肢进行了解剖学和生物力学上的研究,结合设计概念的发散与相关专利调研,认为解决随时“坐”的问题,采用机械限位的无源下肢外骨骼是最好的解决方案。当用户穿戴稳定器进行行走时,稳定器不会影响用户的正常行动能力,当用户下蹲至一定程度后,稳定器通过自身的限位结构实现刚性连接,支撑用户轻松保持蹲坐的姿势。2、结合结构、功能设计对下肢助力稳定器进行整体设计呈现:本文的设计呈现从实... 

【文章页数】：137 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 肌肉骨骼疾患
        1.1.2 工作姿势与WMSDs
    1.2 课题研究的目的与意义
        1.2.1 课题研究的价值
        1.2.2 技术难点分析
    1.3 论文研究内容
第2章 下肢行走辅助装备研究现状
    2.1 有源外骨骼机器人研究现状
        2.1.1 国内外研究现状
        2.1.2 控制策略研究现状
    2.2 无源外骨骼机器人研究现状
        2.2.1 国内外研究现状
        2.2.2 无源驱动器应用形式
    2.3 现有产品与相关专利调研
        2.3.1 功能近似产品调研
        2.3.2 相关专利调研
    2.4 本章小结
第3章 下肢生物力学研究
    3.1 下肢解剖学基础
        3.1.1 下肢骨
        3.1.2 下肢关节
        3.1.3 下肢肌肉
    3.2 坐立转移过程生物力学分析
        3.2.1 OpenSim分析结果
        3.2.2 数据分析与损伤预测
    3.3 本章小结
第4章 产品设计初步规划
    4.1 产品形态探讨
        4.1.1 产品形态发散
        4.1.2 产品形态收敛
    4.2 人机工程学设计
        4.2.1 人性化尺度设计
        4.2.2 人性化交互设计
        4.2.3 人性化外观设计
    4.3 产品结构选择
        4.3.1 角度限制——可调卡盘
        4.3.2 距离限制——气缸
    4.4 力学可行性分析
    4.5 本章小结
第5章 半蹲姿助力稳定器产品设计
    5.1 功能型结构框架构建
        5.1.1 助力稳定器结构框架设计
        5.1.2 结构框架有限元分析
    5.2 产品设计方案规划
        5.2.1 产品设计意向图
        5.2.2 产品设计草图表现
    5.3 产品设计效果呈现
        5.3.1 整体产品效果
        5.3.2 装配结构设计
        5.3.3 产品LOGO设计
    5.4 产品原型打样
    5.5 本章小结
第6章 半蹲姿助力稳定器设计验证
    6.1 产品验证
        6.1.1 穿戴前试用实验
        6.1.2 穿戴后试用实验
    6.2 人机验证
        6.2.1 易用性验证
        6.2.2 舒适性验证
        6.2.3 适应性验证
    6.3 功效验证
        6.3.1 肌电实验验证
        6.3.2 肌肉疲劳度数据分析
    6.4 本章小结
第7章 设计衍生思考
    7.1 设计与安全感探讨
        7.1.1 蹲坐运动轨迹分析
        7.1.2 设计优化方向探讨
    7.2 设计与环境探讨
    7.3 设计与衍生性探讨
        7.3.1 助力契机挖掘
        7.3.2 设计优化方向
    7.4 本章小结
第8章 产品评价与展望
    8.1 课题意义
        8.1.1 实际意义
        8.1.2 创新点
    8.2 设计优化方向
    8.3 应用前景
    8.4 本章小结
参考文献
附件
    下肢助力稳定器人机验证实验问卷
    下肢助力稳定器实验相关定义
攻读硕士学位期间主要的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]某市制造业流水线作业工人职业性肌肉骨骼疾患与职业安全行为的关系[J]. 周郁潮,郑海英,刘浩中,潘文娜,冯简青,刘新霞.  中华劳动卫生职业病杂志. 2018 (07)
[2]职业性肌肉骨骼疾患危险因素量化分析方法[J]. 吴磊,王帅,廖浩然,吴清明,朱长才,郭振中.  中华劳动卫生职业病杂志. 2018 (04)
[3]人体下肢行走运动特征及肌肉肌腱参数研究[J]. 秦戈郁,秦现生,张顺琦,白晶,王战玺.  载人航天. 2017(06)
[4]下肢作业姿势对汽车制造厂工人膝痛的影响[J]. 凌瑞杰,吴家兵.  中华劳动卫生职业病杂志. 2017 (08)
[5]工作相关肌肉骨骼疾患及其评估方法的研究进展[J]. 王忠旭.  中国工业医学杂志. 2016(04)
[6]不同足部轨迹对人体下肢主要肌肉疲劳程度影响的研究[J]. 张爱光,项忠霞,金腾,赵明.  机械科学与技术. 2016(05)
[7]利用表面肌电信号的下肢动态关节力矩预测模型[J]. 陈江城,张小栋,李睿,石强勇,王贺.  西安交通大学学报. 2015(12)
[8]可穿戴设备交互设计研究[J]. 孙效华,冯泽西.  装饰. 2014(02)
[9]基于人性化设计理念的医疗器械设计研究[J]. 袁和法.  机械设计. 2013(12)
[10]服装舒适性主观评价及主客观指标间的相关性研究[J]. 刘丽英,刘林.  青岛大学学报(工程技术版). 2013(03)

博士论文
[1]新疆护理人员职业性肌肉骨骼疾患现状与干预的研究[D]. 颜萍.新疆医科大学 2017
[2]柔性穿戴式搬运辅助装备人机工程设计与评价研究[D]. 高增桂.浙江大学 2016

硕士论文
[1]汽车装配工人局部肌肉骨骼损伤及表面肌电特征研究[D]. 王会宁.中国疾病预防控制中心 2012
[2]日常用品的易用性研究[D]. 刘彬.福建师范大学 2008



本文编号：3703815