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携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真
携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真
摘要
携行式外骨骼技术是当前人类辅助运动领域内最热门的研究方向之一。本文所研究的携行式外骨骼主要应用于下肢的运动学分析与仿真，通过携行式外骨骼对人体下肢运动的辅助，提高步态失调患者的步行能力。文章从外骨骼技术的概述开始，介绍了外骨骼技术的发展历程、现状以及应用领域。随后，本文详细阐述了携行式外骨骼的结构与原理，并介绍了该技术所需要的传感器、数据采集系统等组成部分。然后，文章介绍了携行式外骨骼的下肢运动学分析方法，包括关节角度、关节动力学、韧带力分析等方面。最后，本文阐述了携行式外骨骼的仿真技术，通过仿真分析可以更加深入地研究携行式外骨骼的运动学特性与适应性。
关键词：携行式外骨骼、下肢运动学分析、仿真技术、步态失调患者、适应性分析
一、外骨骼技术概述
随着科技的发展与创新，外骨骼技术在人类辅助运动领域内得到了广泛应用。外骨骼技术是一种通过机械力学装置辅助人体运动的技术，其主要实现原理是通过构建机械骨架辅助人体肌肉运动，从而增强人的力量、降低疲劳、提高人体机能和自由度。
外骨骼技术已经可以实现手臂、人工下肢、外骨骼机器人等不同的形态和功能，而携行式外骨骼也逐渐成为国内外研究领域内的重点。携行式外骨骼主要由上肢、下肢及行走辅助驱动装置组成。针对行走失常的患者，通过外骨骼进行肌肉辅助，促进运动，改善运动机能，从而达到治疗效果。
二、携行式外骨骼结构与原理
携行式外骨骼主要由人体接口、传感器、底盘和驱动系统等组成。其中，人体接口是携行式外骨骼和人体之间的连接接口，通过重量传感器进行调整；传感器主要用于测量人体在行走过程中各个关节的运动范围和力度；底盘即步态机构，主要用于支撑腿部运动和外骨骼的稳定性；而驱动系统则用于控制和辅助使用者步行。
携行式外骨骼通过人体接口获取使用者的身体信息、测量运动范围和力度，之后通过数据采集系统，实时获取外骨骼传感器数据，并根据使用者的身体信息和疾病情况控制外骨骼的运动。同时，在实现自主行走时，携行式外骨骼需要通过传感器获取使用者步态信息进行控制，从而实现较为精确的步态运动。
三、携行式外骨骼下肢运动学分析
携行式外骨骼主要应用于下肢的运动学分析与辅助。下肢运动学分析是指通过测量肢体的运动范围、速度和加速度等参数，对肢体运动进行定量分析的过程。携行式外骨骼下肢运动学分析主要包括关节角度、关节动力学、韧带力分析等方面。
关节角度分析是指通过测量受试者关节角度的变化，推断其关节的运动范围和运动状态。关节动力学分析指通过测量关节的质量、惯性、力和动量等来分析肌肉牵张、关节角速度和关节力矩等。韧带力分析是指对关节内韧带的张力状态进行定量化和分析。
四、携行式外骨骼仿真技术
携行式外骨骼仿真技术主要借助计算机辅助仿真软件，模拟外骨骼的运动，对其特性进行分析和评价。通过仿真技术可以更好地研究携行式外骨骼的运动学特性与适应性。
携行式外骨骼仿真技术主要包括力位移分析、结构静力分析、动力学分析等方面。力位移分析是指在保证结构和姿态不变的情况下，测量不同负荷状态下的外骨骼的力学特性。结构静力分析是指对完全静止状态下的外骨骼结构进行分析。动力学分析则是分析外骨骼在不同条件下的动力学特性。
五、结论
携行式外骨骼技术的出现，使得许多步态失调患者能够恢复部分的正常行动能力，提高生活质量。携行式外骨骼技术的研究领域也在不断扩展中，未来可以预见携行式外骨骼技术会得到更多的应用。
通过本文的研究，我们可以深入了解携行式外骨骼技术的结构和运动学分析方法，以及利用仿真技术进行外骨骼的适应性分析。相信这将帮助更多的人了解外骨骼技术，并促进该技术的进一步发展与应用。
参考文献
1.Yang,W.(2018).Development,currentstatusandchallengesofwearableexoskeletons:Areview.Robotica,36(12),1749-1765.
2.Zhang,J.,Gong,M.,Zhang,Y.,&Liu,Q.(2019).Exoskeletonrobotsinassistiveandrehabilitationsituation:reviewandprospect.AdvancesinMechanicalEngineering,11(11),168781401987114.
3.Long,F.,Zhou,H.,Li,Y.,&Zhang,X.(2018).Kinematicanalysisofwearableexoskeletons:Asystematicreview.IEEEAccess,6,5139-5152.