下肢助力外骨骼机器人技术

下肢外骨骼机器人是一种穿戴在人体下肢外部， 对穿戴者下肢进行运动助力的仿生机器人，可实现穿 戴者负重行走运动，也可用于助老助残。本书总结了 作者近十余年的研究成果，分为六章节，第一章为绪 论，旨在对已有的下肢外骨骼进行综述分析；第二章 为人体下肢运动生物力学进行研究，旨在为后续章节 的仿生驱动器及下肢外骨骼的机构设计、外骨骼系统 控制提供研究基础；第三章为仿生驱动器的研究，仿 生驱动器为下肢外骨骼系统的关键技术，本章旨在通 过对实验室研究的串联弹性驱动器、多模式弹性驱动 器、类肌肉仿生驱动器的分析，探讨可用于下肢外骨 骼的新型仿生驱动技术；第四章为下肢外骨骼的机构 设计及动力学研究，本章旨在通过设计的下肢外骨骼 系统，分析基于人体运动生物力学研究的仿生机构设 计技术，并对下肢外骨骼动力学进行仿真分析；第五 章为下肢外骨骼摆动腿的控制研究，本章旨在基于膝 关节外骨骼机械腿，探讨用于康复摆动训练的外骨骼 机械腿的导纳控制方法，并对髋膝关节进行协调控制 的研究。第六章为踝关节外骨骼系统研究，设计弹性 驱动器，并用于踝关节外骨骼的驱动，研究踝关节足 底测力传感系统，进行运动模式的识别，基于运动状 态机进行踝关节外骨骼的运动控制研究，并进行踝关 节外骨骼运动实验研究，对行走助力效果进行评价。

第一章 绪论 1.1 研究背景和意义 1.2 下肢外骨骼的国内外研究现状 1.2.1 用于人体负重行走的下肢外骨骼国外研究现状 1.2.2 用于助老助残的下肢助力外骨骼国外研究现状 1.2.3 国内外骨骼研究概况 1.3 本书的主要内容 第二章 人体下肢运动生物力学 2.1 人体下肢关节及运动 2.1.1 髋关节 2.1.2 膝关节 2.1.3 踝关节 2.2 人体运动图像采集与分析 2.2.1 图像采集系统介绍 2.2.2 人体行走运动学研究 2.2.3 人体行走动力学研究 2.2.4 人体行走运动实验结果及分析 2.2.5 背部负重行走下的人体下肢运动学研究 2.2.6 不同行走速度下的人体下肢运动学研究 2.2.7 不同负重方式下的人体下肢运动学研究 2.3 人体运动生物电采集与分析 2.3.1 表面肌电信号系统概述 2.3.2 表面肌电信号的分析方法 2.3.3 表面肌电信号实验及分析 第三章 仿生驱动器的研究 3.1 串联弹性驱动器 3.1.1 弹性驱动器动力学模型 3.1.2 刚度系数变化对弹性驱动器性能的影响 3.2 多模式弹性驱动器 3.2.1 第一代弹性驱动器设计及分析 3.2.2 第二代弹性驱动器设计及分析 3.2.3 第三代弹性驱动器设计及分析 3.3 类肌肉仿生驱动器 3.3.1 基于生物肌肉启发的仿生驱动器原理分析 3.3.2 类肌肉仿生驱动器方案设计 3.3.3 类肌肉仿生驱动器的仿真分析 3.3.4 类肌肉仿生驱动器样机实验研究 第四章 下肢外骨骼机器人的动力学分析 4.1 动力学建模方法分析 4.2 基于拉格朗日法的下肢外骨骼机器人动力学分析及仿真 4.2.1 单脚支撑行走模式 4.2.2 双脚支撑行走模式 4.2.3 一脚虚触地的双脚支撑行走模式 4.2.4 下肢助力外骨骼动力学仿真 4.3 基于达朗伯一拉格朗日法的下肢外骨骼机器人动力学分析及仿真 4.3.1 下肢外骨骼“二状态”动力学模型 4.3.2 CSP状态下的各关节扭矩计算 4.3.3 CSP状态下的足底力计算 4.3.4 NSP状态下的动力学模型 4.3.5 下肢外骨骼动力学模型的仿真验证