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航天员低重力运动模拟训练方法与研究综述 被引量：7
1
作者 江一帆 乔兵 赵颖 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第2期227-237,共11页
针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法... 针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法的工作原理与利用这些方法开展的科学研究与工程应用,对这些方法的优缺点与适用条件进行了比较与分析。发现抛物线飞行的低重力模拟效果较好,但持续时间有限;中性浮力水池为低重力模拟训练提供了充足的空间,但液体阻力会影响训练的效果;虚拟现实技术无法提供对低重力的体感;气浮台与悬吊式重力补偿系统虽然能对航天员受到的重力进行补偿,但其结构对航天员的运动构成了一定的限制。提出研发低重力模拟功能完善、低重力模拟范围可调、多运动自由度、人机工效良好以及支持多人与人机协同训练的新一代低重力模拟系统,作为开展航天员低重力环境模拟训练和低重力人体运动生物力学实验研究的平台,以满足未来载人航天任务的需求。 展开更多
关键词 低重力 航天员训练 被动外骨骼 载人航天
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基于人体动力分析的跑步助力外骨骼研究
2
作者 陈贵亮 蔡超 杨冬 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期209-215,共7页
该研究设计了一款辅助人体跑步的下肢助力外骨骼。结合VICON系统和ANYBODY软件分析得出五名健康男子跑步过程腿部各肌肉参数,确定在髋关节矢状面上进行助力。使用Hill模型简化肌肉-肌腱单元;提出弹性外肌腱结合Hill模型驱动外骨骼方案,... 该研究设计了一款辅助人体跑步的下肢助力外骨骼。结合VICON系统和ANYBODY软件分析得出五名健康男子跑步过程腿部各肌肉参数,确定在髋关节矢状面上进行助力。使用Hill模型简化肌肉-肌腱单元;提出弹性外肌腱结合Hill模型驱动外骨骼方案,形成人机耦合模型。相关参数进行量化分析得到其函数关系,改变助力曲线逆向求解肌肉参数及能量消耗。采用粒子群优化算法得出外肌腱的最佳刚度系数及外骨骼设计参数。实验证明穿戴后代谢能消耗减少11.78±1.04%。 展开更多
关键词 被动外骨骼 动力学建模 肌骨系统 Hill肌肉模型 弹性外肌腱
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下肢微重力模拟外骨骼系统的研究
3
作者 吴岳桥 梁国星 +4 位作者 李志利 戴小倩 李文炯 刘书娟 张剑峰 《载人航天》 CSCD 北大核心 2023年第2期192-199,共8页
针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法... 针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法,对重力补偿设计公式进行推导,建立弹簧参数与系统几何惯性参数之间的关系。研究分析重力补偿对人体下肢系统动力学性能的影响,最后利用ADAMS软件对下肢系统模型进行仿真,仿真结果验证了外骨骼系统重力补偿原理和设计公式的正确性以及在实际运用中的可行性和合理性。 展开更多
关键词 微重力环境模拟 被动外骨骼 势能守恒 弹簧辅助杆件机构
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无源被动外骨骼系统研究现状与关键技术分析 被引量：7
4
作者 李强 周加永 +2 位作者 赵文彬 张昂 莫新民 《机床与液压》 北大核心 2021年第5期156-161,共6页
无源被动外骨骼系统无需能源供给,以降低单兵负重时的体能消耗、保护骨骼肌肉免受损伤为目的,提升单兵的轻装机动与持续作战能力。对目前国内外无源被动外骨骼系统的研究现状进行了总结,分析了人机相容性机构设计技术、人机闭环运动链... 无源被动外骨骼系统无需能源供给,以降低单兵负重时的体能消耗、保护骨骼肌肉免受损伤为目的,提升单兵的轻装机动与持续作战能力。对目前国内外无源被动外骨骼系统的研究现状进行了总结,分析了人机相容性机构设计技术、人机闭环运动链的负重力传递技术、助力效能评估技术和新材料结构功能一体化应用技术等关键技术,并对其未来的应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 无源被动外骨骼系统 研究现状 关键技术
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一种被动式外骨骼机械足的结构设计及优化 被引量：2
5
作者 任孟沂 曹恩国 +2 位作者 赵永武 杨滨 崔宇田 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期199-211,共13页
被动式外骨骼可以减少行走能量消耗且不耗费电能,在军事、民用领域具有广阔的应用前景。针对现有被动式外骨骼节省的能量较少且无法适应不同行走配置等问题,提出了多级能量锁原理,并根据此原理设计了一款被动式外骨骼机械足。首先,基于... 被动式外骨骼可以减少行走能量消耗且不耗费电能,在军事、民用领域具有广阔的应用前景。针对现有被动式外骨骼节省的能量较少且无法适应不同行走配置等问题,提出了多级能量锁原理,并根据此原理设计了一款被动式外骨骼机械足。首先,基于多级能量锁原理,建立人体行走时支撑相储能阶段和释能阶段的人机耦合ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)动力学模型。然后,对被动式外骨骼机械足进行了优化:基于所建立的动力学模型分析了弹簧位置和弹簧释放角度这2个结构参数对机械足助力性能的影响规律,并结合足跟高度求得了这2个参数的最优解。最后,基于行走实验和有限元仿真分析,对被动式外骨骼机械足的强度、刚度、流畅性和舒适性等进行了优化,优化后机械足的质量约减轻500 g,安全系数达到了3.04,运行流畅性和舒适性显著提升。结果表明,释能阶段是被动式外骨骼机械足发挥作用的关键阶段;弹簧释放角度对释能阶段机械足助力性能的影响较为显著,即为影响机械足助力性能的关键参数。研究结果可为外骨骼设计提供重要参考。 展开更多
关键词 被动式外骨骼 结构设计 动力学 优化 助力性能
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一种被动式外骨骼机械腿的内部能量损耗率的研究
6
作者 任孟沂 曹恩国 +2 位作者 赵永武 杨滨 崔宇田 《机械设计与制造工程》 2019年第9期23-28,共6页
为了验证一款被动式外骨骼原理的可靠性,通过实验和理论计算的方法对该被动式外骨骼机构的内部能量损耗率进行了分析。该外骨骼拟通过在支撑相末期为足底提供助力的方式来减少行走能量。首先利用运动捕捉传感器对外骨骼的运动数据进行... 为了验证一款被动式外骨骼原理的可靠性,通过实验和理论计算的方法对该被动式外骨骼机构的内部能量损耗率进行了分析。该外骨骼拟通过在支撑相末期为足底提供助力的方式来减少行走能量。首先利用运动捕捉传感器对外骨骼的运动数据进行了采集,然后基于所得的运动数据计算出外骨骼机构的内部能量损耗率,最后用实验结果表明外骨骼内部能量损耗率可以忽略不计。该研究表明支撑相末期参考腿的运动是由足底力驱动的,而不是由关节力矩驱动的,即拟采用的原理是可行的。该研究同样也为其他同类型外骨骼的设计提供了参考和依据。 展开更多
关键词 被动式外骨骼 机械腿 助力 内部能量损耗率
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基于重力势能转化的下肢外骨骼设计与动力学研究 被引量：4
7
作者 王刚 曹恩国 +1 位作者 赵永武 高阳 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2020年第10期51-56,共6页
基于人体重力势能转化的弹性助力原理,设计了一款下肢外骨骼,其类型为被动式,可为髋关节提供助力。依据拉格朗日方程建立了下肢外骨骼数学模型,研究了该模型在释能阶段的髋关节转矩。利用Adams软件建立了下肢外骨骼动力学仿真模型,通过... 基于人体重力势能转化的弹性助力原理,设计了一款下肢外骨骼,其类型为被动式,可为髋关节提供助力。依据拉格朗日方程建立了下肢外骨骼数学模型,研究了该模型在释能阶段的髋关节转矩。利用Adams软件建立了下肢外骨骼动力学仿真模型,通过数理统计的方法对比了数学模型和动力学仿真模型髋关节转矩的计算结果,得出两者高度相关。利用Adams软件仿真分别得出了人体在穿戴下肢外骨骼和不穿戴下肢外骨骼情况下释能阶段的髋关节转矩曲线,以髋关节做功值为依据对两组髋关节转矩曲线做了对比分析。结果表明,穿戴下肢外骨骼时,释能阶段髋关节做功值减少了19.29%。最后,以储能弹簧刚度与预拉力为设计变量对下肢外骨骼髋关节转矩进行优化,得出最适储能弹簧刚度下穿戴下肢外骨骼时髋关节做功值比不穿戴下肢外骨骼时减少了26.00%。 展开更多
关键词 被动式下肢外骨骼 髋关节 数学模型 动力学仿真模型 参数优化
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