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下肢运动信息采集与运动仿真
  • ISSN号:1004-7220
  • 期刊名称:医用生物力学
  • 时间:2013.4.15
  • 页码:154-159+170
  • 分类:R318.01[医药卫生—生物医学工程;医药卫生—基础医学]
  • 作者机构:[1]河北工业大学控制科学与工程学院,天津300130, [2]智能康复装置与检测技术教育部工程研究中心,天津300130
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61174009),国家科技支撑计划资助项目(2009BA171B04).
  • 相关项目:动力型下肢假肢运动状态识别与协调控制方法研究
中文摘要:

目的建立人体下肢3D模型与生物力学模型进行运动学和动力学分析,搭建下肢控制平台为主动式下肢假肢和人体下肢助行器的控制研究提供理论依据。方法利用VICON人体三维运动捕捉系统采集平地行走人体下肢髋、膝、踝运动信息,以及利用Solidworks建立人体下肢3D模型,进行下肢运动学分析。基于Maflab中Simu.1ink的机械仿真模块(SimMechanics)建立人体下肢模型,进行动力学分析,产生运动信号。基于Quanser半实物仿真平台搭建控制模型,接收SimMechanics产生的运动控制信号,实现对双下肢运动平台的控制。结果利用运动学分析得到各个关节的速度和加速度信号,利用动力学仿真得到各个关节的力矩信号,对建立的人体双下肢模型进行模拟仿真,通过仿真验证模型的合理性,利用输出的信号对双下肢运动平台进行控制实现平地行走功能。结论建立的平台可以进行人体下肢运动学、动力学和控制方法的研究,为主动式假肢和人体下肢助行器的控制提供借鉴作用。

英文摘要:

Objective To establish the three-dimensional (3 D) and biomechanical model of lower limb for kine- matics and dynamics analysis, and construct the control platform of lower limb for providing theoretical basis for the design of active transfemoral prosthesis and lower limb exoskeleton orthosis. Methods Motion information of the hip joint, knee joint and ankle joint was collected by VICON 3D motion capture system. The 3D model of lower limb was designed by Solidworks for kinematics analysis. Based on SimMechanics in Matlab toolbox, the biome- chanical model of lower limb was built to analyze dynamics of lower limb. Based on hardware-in-the-loop simula- tion platform of Quanser, the control model was constructed to receive control signal from SimMechanics and re- alize the control of lower limb motion platform. Results The velocity, acceleration and moment of force in each joint were obtained thorough kinematics and dynamics simulation. The established model of lower limb was vali- dated by simulation, and the simulation signal was used to control the lower limb motion platform and realize the funtion of level walking. Conclusions The platform can be used for the research on kinematics, dynamics and control of lower limb, which has paved way for further investigation on the control of active transfemoral prosthesis and lower limb exoskeleton orthosis.

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期刊信息
  • 《医用生物力学》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:教育部
  • 主办单位:上海交通大学
  • 主编:戴尅戎
  • 地址:上海市制造局路639号
  • 邮编:200011
  • 邮箱:shengwulixue@163.com
  • 电话:021-53315397
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-7220
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1624/R
  • 邮发代号:4-633
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:4565