无动力下肢负重外骨骼人机动力学及其储能元件刚度优化

摘要：

为提高人体搬运效率,降低人体关节损害,提高外骨骼能量利用效率,基于人机动力学对一种无动力辅助负重下肢外骨骼的储能元件刚度进行优化.应用牛顿?欧拉动力学方程建立人机耦合动力学模型,得到各关节力矩与大小腿长度和质量、关节转角及弹簧刚度关系的数学模型.将三维动作捕捉系统采集的角度数据代入动力学方程中,通过MATLAB进行计算得到关节力矩动态变化规律.建立人机系统各部分的能量流动模型,并进行步态周期内的能量流动分析,以储能元件刚度为参数,储能元件的能量流动为约束条件,各关节平均力矩最小为目标建立优化模型,通过与AnyBody人体仿真软件获得的人体模型作对比验证优化结果的正确性.结果表明,穿戴优化后外骨骼减轻了下肢着地时对人体的冲击,有效降低了人体能耗和下肢关节转矩.

关键词：人机动力学;负重外骨骼;能量流动;刚度优化

所属期刊栏目：35

分类号：O313.7;TH113.1(理论力学（一般力学）)

资助基金：国家自然科学基金;河北省自然科学基金重点项目;河北省重大科技成果转化专项

在线出版日期：2022-03-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：168-177