可穿戴下肢外骨骼人机协同设计与实验研究

第1章 绪论

1.1 下肢外骨骼国内外研究概况
1.1.1 国外研究概况
1.1.2 国内研究概况
1.2 下肢外骨骼人机协同运动的关键问题
1.2.1 人体下肢行走机理分析
1.2.2 下肢外骨骼仿生学构型设计
1.2.3 下肢外骨骼系统建模与人机协同
1.2.4 人体下肢步态预测
第2章 下肢外骨骼系统建模与仿真

2.1 OpenSim建模仿真
2.1.1 人体下肢模型逆向动力学仿真
2.1.2 下肢肌肉骨骼的动力学建模与求解
2.1.3 人体下肢模型动力学正解仿真
2.2 外骨骼机器人三维造型与仿真分析
2.2.1 外骨骼机器人的造型方案
2.2.2 外骨骼机器人的各部件参数
2.2.3 外骨骼机器人运动学仿真验证
2.2.4 人体下肢与外骨骼机器人耦合方式
2.2.5 人机耦合模型仿真结果
2.3 本章小结
第3章 人体数据采集的外骨骼传感系统

3.1 Kinect的骨骼识别与动作识别
3.1.1 Kinect骨骼跟踪原理
3.1.2 骨骼数据获取
3.1.3 骨骼数据的处理
3.1.4 Unity 3D与Kinect的配合
3.1.5 根据关节点对动作进行提取
3.1.6 动作识别的方式
3.1.7 动作规划中的算法
3.2 脑电信号下的人体数据采集
3.2.1 大脑的结构及功能分区
3.2.2 脑电信号的产生
3.2.3 脑电信号的采集
3.2.4 信号采集注意事项
3.3 脑电信号下的人体下肢运动实验
3.3.1 运动性疲劳概述
3.3.2 脑疲劳电信号的采集方法
3.3.3 脑电信号的频率（谱）特征提取
3.3.4 实验测试数据处理
3.3.5 实验1： 走路实验
3.3.6 实验2： 蹲起实验
3.4 本章小结
第4章 遗传算法的下肢外骨骼步态轨迹规划

4.1 下肢外骨骼虚拟原型设计及其数学模型
4.1.1 6个自由度人体单腿生物学模型
4.1.2 下肢外骨骼模型
4.1.3 运动学模型及六点步态轨迹描述法
4.2 遗传基因优化算法
4.2.1 关节轨迹优化
4.2.2 优化评估方程
4.2.3 遗传基因算法设计
4.3 仿真实验及结果分析
4.4 本章小结
第5章 混联下肢外骨骼人机运动匹配

5.1 人体下肢行走机理分析
5.1.1 人体基本切面和基本轴
5.1.2 人体下肢关节结构及运动特性
5.1.3 人体下肢肌肉-骨骼模型
5.2 基于混联机构的仿人型下肢外骨骼构型
5.2.1 混联下肢外骨骼构型
5.2.2 混联外骨骼髋关节运动学模型
5.2.3 髋关节人机运动匹配分析
5.3 本章小结
第6章 下肢外骨骼人机交互系统

6.1 物理型下肢外骨骼单腿建模
6.1.1 矢状面步态分析
6.1.2 摆动相动力学建模
6.1.3 支撑相动力学建模
6.1.4 物理型人机交互建模
6.2 自适应迭代学习的外骨骼单腿协同
6.2.1 迭代学习控制算法
6.2.2 自适应迭代学习控制器设计
6.2.3 步态跟踪仿真
6.3 本章小结
第7章 模型分块逼近的RBF神经网络步态预测

7.1 基于时间序列的步态预测
7.1.1 基于卡尔曼滤波的步态预测
7.1.2 基于牛顿预测器的步态预测
7.2 RBF神经网络步态预测
7.2.1 RBF神经网络算法
7.2.2 下肢模型逼近
7.2.3 步态预测策略
7.2.4 矢状面步态预测结果
7.3 本章小结
第8章 人体下肢步态捕捉实验设计

8.1 人体步态捕捉方案与实验
8.1.1 捕捉方案简介
8.1.2 步态捕捉光学系统
8.1.3 实验设计
8.1.4 步态捕捉
8.2 步态捕捉结果及数据分析
8.3 本章小结
第9章 下肢外骨骼的样机设计及实物展示

9.1 总体设计方案
9.2 样机结构设计
9.2.1 腰部
9.2.2 髋关节和膝关节
9.2.3 踝关节及足部
9.3 样机系统设计
9.3.1 外骨骼机器人驱动系统
9.3.2 外骨骼机器人控制系统
9.3.3 关节执行器方案选择
9.4 样机实物
9.5 展望
参考文献
《可穿戴下肢外骨骼人机协同设计与实验研究》彩色插图