目  錄

第1章

緒論1

1.1 仿生外骨骼研究的目的和意義 1

1.2 仿生外骨骼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2

1.3 仿生外骨骼關(guān)鍵技術(shù)與問題分析 12

第2章 基于遺傳算法的人機(jī)耦合仿真模型18

2.1 人體下肢生理結(jié)構(gòu)分析 18

2.1.1 人體解剖學(xué)18

2.1.2 下肢各關(guān)節(jié)自由度分析 20

2.1.3 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的自由度選擇 21

2.2 人機(jī)耦合的仿生外骨骼構(gòu)型設(shè)計(jì) 22

2.2.1 人體下肢運(yùn)動(dòng)鏈22

2.2.2 仿生外骨骼鏈24

2.2.3 人機(jī)耦合模型25

2.3 遺傳算法的步態(tài)軌跡優(yōu)化 26

2.3.1 耦合系統(tǒng)步態(tài)軌跡27

2.3.2 適應(yīng)度評(píng)估方程29

2.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 31

2.4 本章小結(jié) 37

第3章 」基于光電感應(yīng)的足底壓力傳感系統(tǒng)38

3.1 仿生外骨骼的足底壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38

3.2 光電式壓力傳感單元 39

3.2.1 光電-壓力傳感原理 39

3.2.2 模塊化傳感單元設(shè)計(jì)與制造 40

3.2.3足底壓力傳感鞋墊方案 43

3.2.4 足底壓力中心步態(tài)參數(shù) 45

3.3 足底壓力數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn) 46

3.3.1傳感器特性分析46

3.3.2 雙足壓力信號(hào)采集48

3.4 本章小結(jié) 51

第4章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的步態(tài)相位識(shí)別52

4.1 仿生外骨骼的步態(tài)相位識(shí)別 52

4.2步態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備 53

4.3 步態(tài)相位劃分方法 56

4.4 步態(tài)相位識(shí)別 59

4.4.1 多層感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 59

4.4.2 人體步態(tài)數(shù)據(jù)集60

4.4.3 多運(yùn)動(dòng)模式步態(tài)相位識(shí)別 62

4.5 本章小結(jié) 67

第5章 基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)協(xié)同方法68

5.1 仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同 68

5.2 關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 69

5.3 動(dòng)力外骨骼硬件系統(tǒng) 70

5.4 關(guān)節(jié)角度協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 72

5.5 長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)分析 76

5.5.1 長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)76

5.5.2 運(yùn)動(dòng)協(xié)同預(yù)測(cè)結(jié)果78

5.6 本章小結(jié) 83

第6章 仿生外骨骼本體構(gòu)型設(shè)計(jì)85

6.1 仿生外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析 85

6.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)85

6.1.2 仿真分析89

6.2 踝關(guān)節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 92

6.3 動(dòng)力外骨骼樣機(jī) 98

6.3.1 關(guān)節(jié)執(zhí)行器方案98

6.3.2 動(dòng)力外骨骼機(jī)構(gòu)99

6.3.3 樣機(jī)實(shí)物 102

6.4 本章小結(jié)103

第7章 仿生外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析 104

7.1 人體步態(tài)分析104

7.2 仿生外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)分析107

7.3 仿生外骨骼動(dòng)力學(xué)分析111

7.4 本章小結(jié)113