第1章 绪论 1
1.1下肢外骨骼国内外研究概况 1
1.1.1国外研究概况 1
1.1.2国内研究概况 6
1.2下肢外骨骼人机协同运动的关键问题 9
1.2.1人体下肢行走机理分析 9
1.2.2下肢外骨骼仿生学构型设计 9
1.2.3下肢外骨骼系统建模与人机协同 10
1.2.4人体下肢步态预测 11
第2章 下肢外骨骼系统建模与仿真 12
2.1 OpenSim建模仿真 12
2.1.1人体下肢模型逆向动力学仿真 12
2.1.2下肢肌肉骨骼的动力学建模与求解 15
2.1.3人体下肢模型动力学正解仿真 28
2.2外骨骼机器人三维造型与仿真分析 30
2.2.1外骨骼机器人的造型方案 30
2.2.2外骨骼机器人的各部件参数 31
2.2.3外骨骼机器人运动学仿真验证 33
2.2.4人体下肢与外骨骼机器人耦合方式 34
2.2.5人机耦合模型仿真结果 39
2.3本章小结 41
第3章 人体数据采集的外骨骼传感系统 43
3.1 Kinect的骨骼识别与动作识别 43
3.1.1 Kinect骨骼跟踪原理 44
3.1.2骨骼数据获取 45
3.1.3骨骼数据的处理 45
3.1.4 Unity 3D与Kinect的配合 46
3.1.5根据关节点对动作进行提取 49
3.1.6动作识别的方式 50
3.1.7动作规划中的算法 53
3.2脑电信号下的人体数据采集 55
3.2.1大脑的结构及功能分区 55
3.2.2脑电信号的产生 57
3.2.3脑电信号的采集 60
3.2.4信号采集注意事项 63
3.3脑电信号下的人体下肢运动实验 64
3.3.1运动性疲劳概述 64
3.3.2脑疲劳电信号的采集方法 65
3.3.3脑电信号的频率（谱）特征提取 70
3.3.4实验测试数据处理 71
3.3.5实验1：走路实验 73
3.3.6实验2：蹲起实验 76
3.4本章小结 79
第4章 遗传算法的下肢外骨骼步态轨迹规划 80
4.1下肢外骨骼虚拟原型设计及其数学模型 80
4.1.1 6个自由度人体单腿生物学模型 80
4.1.2下肢外骨骼模型 81
4.1.3运动学模型及六点步态轨迹描述法 82
4.2遗传基因优化算法 83
4.2.1关节轨迹优化 84
4.2.2优化评估方程 84
4.2.3遗传基因算法设计 85
4.3仿真实验及结果分析 86
4.4本章小结 88
第5章 混联下肢外骨骼人机运动匹配 89
5.1人体下肢行走机理分析 89
5.1.1人体基本切面和基本轴 89
5.1.2人体下肢关节结构及运动特性 90
5.1.3人体下肢肌肉-骨骼模型 92
5.2基于混联机构的仿人型下肢外骨骼构型 93
5.2.1混联下肢外骨骼构型 93
5.2.2混联外骨骼髋关节运动学模型 95
5.2.3髋关节人机运动匹配分析 96
5.3本章小结 100
第6章 下肢外骨骼人机交互系统 101
6.1物理型下肢外骨骼单腿建模 101
6.1.1矢状面步态分析 101
6.1.2摆动相动力学建模 102
6.1.3支撑相动力学建模 107
6.1.4物理型人机交互建模 109
6.2自适应迭代学习的外骨骼单腿协同 110
6.2.1迭代学习控制算法 110
6.2.2自适应迭代学习控制器设计 112
6.2.3步态跟踪仿真 113
6.3本章小结 118
第7章 模型分块逼近的RBF神经网络步态预测 120
7.1基于时间序列的步态预测 121
7.1.1基于卡尔曼滤波的步态预测 121
7.1.2基于牛顿预测器的步态预测 123
7.2 RBF神经网络步态预测 124
7.2.1 RBF神经网络算法 124
7.2.2下肢模型逼近 125
7.2.3步态预测策略 126
7.2.4矢状面步态预测结果 129
7.3本章小结 131
第8章 人体下肢步态捕捉实验设计 132
8.1人体步态捕捉方案与实验 132
8.1.1捕捉方案简介 132
8.1.2步态捕捉光学系统 132
8.1.3实验设计 134
8.1.4步态捕捉 136
8.2步态捕捉结果及数据分析 137
8.3本章小结 140
第9章 下肢外骨骼的样机设计及实物展示 142
9.1总体设计方案 142
9.2样机结构设计 143
9.2.1腰部 143
9.2.2髋关节和膝关节 143
9.2.3踝关节及足部 144
9.3样机系统设计 146
9.3.1外骨骼机器人驱动系统 146
9.3.2外骨骼机器人控制系统 146
9.3.3关节执行器方案选择 148
9.4样机实物 150
9.5展望 153
参考文献 154