可穿戴式助力型外骨骼人机运动特征分析研究

发布时间：2016-12-16 04:01

  本文关键词：可穿戴式助力型外骨骼人机运动特征分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西南交通大学》 2014年

可穿戴式助力型外骨骼人机运动特征分析研究

李贤坤  

【摘要】：随着科技日新月异的发展,人体外骨骼受到人们高度重视,外骨骼技术成为科研机构的研究重点。外骨骼来源于节肢动物利用坚硬的外壳保护自身。后来,人类使用兽皮和铁制铠甲在战场上保护自己。社会不断进步,这种简单的外骨骼不能满足人类使用,因此出现能够减轻人体载荷的现代外骨骼技术。外骨骼通过机械构件起支撑作用,将货物重量直接作用于地面。外骨骼与人体保持一致,跟随人体骨骼运动,因此可以视为人体骨骼的一种延伸。外骨骼能提升人体负重能力,增强人体耐力,缓解当前日益增长的负荷与人体极限机能之间的矛盾。目前,世界上美国、日本、法国等国家的科研机构和大学已经将外骨骼技术列为重点发展项目,并各自推出实验样机。 论文以西南交通大学研制的第二代可穿戴式助力型外骨骼实验样机为分析对象,从人体运动特征出发分析人机系统典型动作特征。根据外骨骼系统以人为主,机械为辅的思想对外骨骼进行运动学分析以及虚拟样机仿真,论文具体工作如下： (1)根据运动生物力学以及人体骨骼结构,对人体运动进行分析。从能量消耗、运动形式以及使用频率等方面考虑,选取典型动作双膝蹲-起立、单膝跪-起立以及直立行走进行分析。采用光学动作捕捉系统对人体进行测试,得到运动时身体特征点的空间三维坐标。分析人体运动规律,利用采集的人体运动数据进行人体动作运动特征建模。分析人体运动中各特征角的曲线变化、运动学规律。采用非线性拟合法对特征角进行数据拟合,得到特征动作特征角运动方程。将特征角运动方程与被拟合数据进行误差分析。 (2)以西南交通大学第二代外骨骼为分析对象,对外骨骼结构进行基于D-H坐标的运动学分析,建立外骨骼在广义坐标下的运动方程。对特征动作中外骨骼机械结构进行运动学分析,得到外骨骼关节点的运动轨迹方程。 (3)对外骨骼进行特征动作的虚拟样机仿真。建立特征动作的虚拟样机,结合人体运动的运动学方程进行仿真。经过分析对比得到特征动作中外骨骼各关节的空间运动曲线以及驱动液压缸运动学参数曲线。 综上所述,对人体运动分析以及基于人体运动分析的外骨骼特征动作虚拟样机仿真分析,对外骨骼设备设计制造有着十分重要的应用价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318
【目录】：

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本文编号：214749