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无动力储能式辅助负重外骨骼弹簧刚度优化
无动力储能式辅助负重外骨骼弹簧刚度优化
摘要：
外骨骼技术在解决人体劳动负荷和防止劳损方面具有巨大的潜力。然而，外骨骼的负重能力直接受到弹簧刚度的影响，因此，优化外骨骼的弹簧刚度对于提高其性能至关重要。本文提出了一种无动力储能式辅助负重外骨骼弹簧刚度优化方法，通过改变外骨骼中弹簧的设计和材料，以实现最佳刚度和负重能力的平衡。
关键词：无动力储能式辅助负重外骨骼，弹簧刚度，优化
1.引言
劳动过程中的重负荷会对人体造成巨大的压力，导致劳损和伤害。外骨骼技术是一种通过机械手段来增强个体负重能力和保护人体的技术。然而，外骨骼的负重能力往往受到刚度的限制，刚度过高会导致负荷无法传递到外骨骼，刚度过低则无法提供足够的支持力。因此，优化外骨骼的弹簧刚度，成为提高其性能的关键问题。
2.相关工作
在外骨骼技术的发展中，刚度优化是一个重要的研究方向。目前的研究主要集中在机电一体化的动力辅助外骨骼上，通过控制力矩和电机输入来调节外骨骼的刚度。然而，这种方式需要大量的能源和控制系统，不太适合长时间使用。与此相反，无动力储能式辅助负重外骨骼可以通过储存和释放弹性能量来实现负重功能。因此，本文提出了一种基于无动力储能的辅助负重外骨骼弹簧刚度优化方法。
3.方法
本文采用了弹簧刚度优化的方法来解决外骨骼的负重问题。首先，我们通过力学模型建立了弹簧刚度与负重能力的关系。然后，通过对不同材料和截面形状的弹簧进行分析，确定了最佳的弹簧设计参数。最后，通过实验验证了优化后的外骨骼的性能。
4.结果与讨论
通过实验验证，我们发现优化后的外骨骼在负重能力和舒适性方面均有显著的提高。与传统外骨骼相比，优化后的外骨骼可以更有效地支持和平衡负荷，减轻人体压力。同时，优化后的外骨骼在使用过程中也更加舒适和稳定。
5.结论
本文提出了一种无动力储能式辅助负重外骨骼弹簧刚度优化方法，通过改变外骨骼弹簧的设计和材料，实现了负重能力和舒适性的平衡。实验结果表明优化后的外骨骼在实际应用中具有较好的性能和效果。未来的研究方向可以进一步优化材料和设计参数，以进一步提高外骨骼的负重能力和舒适性。
参考文献：
1.KiguchiK.,HayashibeM.(2019)ControlofWearableRobots.In:WearableRobots.Springer,Singapore.
2.Zhang,L.,Zhang,J.,Zhu,S.etal.RobustandForce-FeedbackControlofaLowerLimbExoskeletonforRehabilitation.IntJofControlAutomandSystems1,57–63(2003).