人与外骨骼系统性能评价体系研究

摘要

人与外骨骼性能评价体系的研究对于指导和规范化各类外骨骼机器人有着重要的意义。目前对于外骨骼系统性能的研究仅限于稳定性分析和运动学分析，尚不能对人与外骨骼系统性能进行系统的评价。本论文针对该问题，对人与外骨骼系统评价体系进行了研究，主要包括以下几个方面： （1）基于人因工程学的人机系统评价的知识，分层次建立人机系统的评价指标。根据人与外骨骼系统辅助人体行走的主要功能，从仿人的运动学特性和动力学特性、工作负荷和绩效这三个方面选取应用广泛的人与外骨骼系统性能评价指标。为人与外骨骼系统性能体系建立提供理论基础。 （2）根据外骨骼系统性能，从人与外骨骼整体系统性能评价和人与外骨骼交互系统性能评价这两个方面建立人与外骨骼系统性能评价体系。在人与外骨骼整体性能评价这方面建立了稳定性、效能、运动学特性和动力学特性评价指标；在人与外骨骼交互系统性能评价这方面建立了物理的人机交互、安全性、生理机能和主观评价评价指标。根据人因工程学的调查法和实验法这两种研究方法，选取了人与外骨骼执行的任务和各个评价指标的评价参数。 （3）应用建立的人与外骨骼系统性能评价体系，评估人与AIDER 3.2外骨骼系统性能。根据建立的评价体系的评估参数，设计实验，采集不同环境人穿戴外骨骼和未穿戴外骨骼执行任务的运动学、脚底反作用力、交互力、心率和肌电等数据。利用Matlab、SPSS和Vicon Nexus等软件对数据进行处理和分析。 （4）根据评价参数结果，分析了人与AIDER 3.2外骨骼系统的步态运动时的运动学特性、动力学特性、稳定性和机械能耗等，分析了人与AIDER 3.2外骨骼系统执行起立、站直、行走、转弯和坐下一系列任务时，人体的能量消耗、人机系统的交互力和生理机能影响情况等。为AIDER 3.2外骨骼机器人的系统设计优化和控制提供了参考依据。 本文根据人与外骨骼系统性能，系统且全面的建立了人与外骨骼系统性能评价体系，对体系中各个评价指标选取了定性或者定量的评价参数，且每一个评价参数简洁且应用广泛。为人与外骨骼系统的标准化、性能改进和指导提供参考依据。

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