人体下肢能量收集管理与跨肢体能量迁移研究

本书着力体现机械系统和生命本体的深度融合,强调人体运动能量的收集与精准管理,探索人体运动能量在生命体与机械体之间的产生、存储和释放机理,通过运动状态感知匹配,构建生机一体的能量精准收集与迁移系统,提出基于人体下肢膝关节做功的能量收集与跨肢体能量迁移方法,在人体运动过程中实现功能增强或者功能代偿。 本书可供机器人工程、机械结构设计、运动与康复医学工程、康复医疗器械开发、工业产品设计的科研工作者和相关工程技人员阅读使用,也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。

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第1章　绪论001 1.1　引言001 1.2　研究背景和意义001 1.3　人体能量收集与存储机理004 1.3.1 人体能量代谢机理004 1.3.2 人体能量收集方式与原理008 1.3.3 人体能量存储方式与原理009 1.4　人体运动能量收集研究现状010 1.4.1 振动式能量收集器研究现状010 1.4.2 电磁感应式能量收集器研究现状011 1.4.3 压电感应式能量收集器研究现状014 1.4.4 摩擦发电式能量收集器研究现状015 1.5　人体能量迁移研究现状018 1.5.1 上肢能量迁移研究现状019 1.5.2 下肢能量迁移研究现状020 1.6　穿戴式下肢康复外骨骼研究021 1.7　现有研究中存在的主要问题023 1.8　本书主要研究内容024 参考文献026 第2章　人体下肢能量收集方法研究034 2.1　引言034 2.2　人体下肢运动特性分析035 2.2.1 人体肌骨模型研究036 2.2.2 人体下肢步态研究037 2.2.3 人体下肢关节做功研究046 2.3　人体下肢能量收集原理与方法049 2.3.1 收集原理049 2.3.2 收集方法051 2.4　患者受损步态与运动康复需求分析054 2.4.1 偏瘫步态运动特点055 2.4.2 康复训练方法策略056 2.4.3 康复训练阶段058 2.4.4 康复训练治疗的作用060 2.4.5 康复训练研究任务061 2.4.6 康复训练现存问题061 2.5　行走数据采集与下肢运动仿真研究063 2.5.1 行走数据采集实验063 2.5.2 下肢运动仿真分析074 2.6　人体下肢力学模型与人机交互机理099 2.6.1 人体下肢运动学与动力学分析103 2.6.2 人机交互机理与力学分析118 2.7　本章小结129 参考文献130 第3章　人体跨肢体能量迁移方法研究与系统设计135 3.1　引言135 3.2　人体能量迁移方法研究136 3.2.1 能量流动理论136 3.2.2 能量迁移方法136 3.3　机械传动系统设计139 3.3.1 摆动凸轮式传动装置结构设计142 3.3.2 端齿离合式传动装置结构设计148 3.4　人体穿戴结构设计157 3.5　人机交互感知识别方法165 3.5.1 位置姿态测试研究166 3.5.2 足底压力测试研究190 3.5.3 肌电信号测试研究192 3.6　人机交互控制系统设计196 3.6.1 控制系统设计196 3.6.2 控制系统测试201 3.7　本章小结204 参考文献205 第4章　人体下肢能量收集与迁移系统特性研究209 4.1　引言209 4.2　平面蜗卷弹簧力学模型210 4.2.1 平面蜗卷弹簧应力分析215 4.2.2 平面蜗卷弹簧储能分析218 4.3　平面蜗卷弹簧储能研究220 4.3.1 平面蜗卷弹簧柔性体模型构建220 4.3.2 平面蜗卷弹簧有限元仿真分析221 4.4　传动系统力学建模与分析227 4.4.1 绳索传动力学模型构建227 4.4.2 人机耦合振动力学模型构建232 4.4.3 传动系统动力学仿真研究234 4.4.4 人机耦合动力学仿真研究239 4.5　本章小结241 参考文献243 第5章　人体下肢能量收集与迁移系统测试评价244 5.1　引言244 5.2　人体能量传动系统性能测试与评价245 5.3　人体能量收集存储性能测试与评价247 5.4　人体穿戴实验测试与评价248 5.4.1 位置姿态测试与分析249 5.4.2 肌电信号测试与分析254 5.4.3 足底压力测试与分析266 5.5　本章小结275 参考文献276 第6章　总结与展望278 6.1　研究工作总结278 6.2　本书创新点281 6.3　现有研究的不足与展望282 6.4　未来可能的研究方向283