《可穿戴下肢外骨骼人机协同设计与实验研究》求取 ⇩

第1章绪论1

1.1下肢外骨骼国内外研究概况1

1.1.1国外研究概况1

1.1.2国内研究概况6

1.2下肢外骨骼人机协同运动的关键问题9

1.2.1人体下肢行走机理分析9

1.2.2下肢外骨骼仿生学构型设计9

1.2.3下肢外骨骼系统建模与人机协同10

1.2.4人体下肢步态预测11

第2章下肢外骨骼系统建模与仿真12

2.1 OpenSim建模仿真12

2.1.1人体下肢模型逆向动力学仿真12

2.1.2下肢肌肉骨骼的动力学建模与求解15

2.1.3人体下肢模型动力学正解仿真28

2.2外骨骼机器人三维造型与仿真分析30

2.2.1外骨骼机器人的造型方案30

2.2.2外骨骼机器人的各部件参数31

2.2.3外骨骼机器人运动学仿真验证33

2.2.4人体下肢与外骨骼机器人耦合方式34

2.2.5人机耦合模型仿真结果39

2.3本章小结41

第3章人体数据采集的外骨骼传感系统43

3.1Kinect的骨骼识别与动作识别43

3.1.1 Kinect骨骼跟踪原理44

3.1.2骨骼数据获取45

3.1.3骨骼数据的处理45

3.1.4 Unity 3D与Kinect的配合46

3.1.5根据关节点对动作进行提取49

3.1.6动作识别的方式50

3.1.7动作规划中的算法53

3.2脑电信号下的人体数据采集55

3.2.1大脑的结构及功能分区55

3.2.2脑电信号的产生57

3.2.3脑电信号的采集60

3.2.4信号采集注意事项63

3.3脑电信号下的人体下肢运动实验64

3.3.1运动性疲劳概述64

3.3.2脑疲劳电信号的采集方法65

3.3.3脑电信号的频率（谱）特征提取70

3.3.4实验测试数据处理71

3.3.5实验1：走路实验73

3.3.6实验2：蹲起实验76

3.4本章小结79

第4章遗传算法的下肢外骨骼步态轨迹规划80

4.1下肢外骨骼虚拟原型设计及其数学模型80

4.1.16个自由度人体单腿生物学模型80

4.1.2下肢外骨骼模型81

4.1.3运动学模型及六点步态轨迹描述法82

4.2遗传基因优化算法83

4.2.1关节轨迹优化84

4.2.2优化评估方程84

4.2.3遗传基因算法设计85

4.3仿真实验及结果分析86

4.4本章小结88

第5章混联下肢外骨骼人机运动匹配89

5.1人体下肢行走机理分析89

5.1.1人体基本切面和基本轴89

5.1.2人体下肢关节结构及运动特性90

5.1.3人体下肢肌肉-骨骼模型92

5.2基于混联机构的仿人型下肢外骨骼构型93

5.2.1混联下肢外骨骼构型93

5.2.2混联外骨骼髋关节运动学模型95

5.2.3髋关节人机运动匹配分析96

5.3本章小结100

第6章下肢外骨骼人机交互系统101

6.1物理型下肢外骨骼单腿建模101

6.1.1矢状面步态分析101

6.1.2摆动相动力学建模102

6.1.3支撑相动力学建模107

6.1.4物理型人机交互建模109

6.2自适应迭代学习的外骨骼单腿协同110

6.2.1迭代学习控制算法110

6.2.2自适应迭代学习控制器设计112

6.2.3步态跟踪仿真113

6.3本章小结118

第7章模型分块逼近的RBF神经网络步态预测120

7.1基于时间序列的步态预测121

7.1.1基于卡尔曼滤波的步态预测121

7.1.2基于牛顿预测器的步态预测123

7.2 RBF神经网络步态预测124

7.2.1RBF神经网络算法124

7.2.2下肢模型逼近125

7.2.3步态预测策略126

7.2.4矢状面步态预测结果129

7.3本章小结131

第8章人体下肢步态捕捉实验设计132

8.1人体步态捕捉方案与实验132

8.1.1捕捉方案简介132

8.1.2步态捕捉光学系统132

8.1.3实验设计134

8.1.4步态捕捉136

8.2步态捕捉结果及数据分析137

8.3本章小结140

第9章下肢外骨骼的样机设计及实物展示142

9.1总体设计方案142

9.2样机结构设计143

9.2.1腰部143

9.2.2髋关节和膝关节143

9.2.3踝关节及足部144

9.3样机系统设计146

9.3.1外骨骼机器人驱动系统146

9.3.2外骨骼机器人控制系统146

9.3.3关节执行器方案选择148

9.4样机实物150

9.5展望153

参考文献154