一、跑动中肢体机械能确定和分配的分析（论文文献综述）
教育部[1]（2020）在《教育部关于印发普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版2020年修订）的通知》文中研究说明教材[2020]3号各省、自治区、直辖市教育厅（教委）,新疆生产建设兵团教育局:为深入贯彻党的十九届四中全会精神和全国教育大会精神,落实立德树人根本任务,完善中小学课程体系,我部组织对普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）进行了修订。普通高中课程方案以及思想政治、语文、
李晓东[2]（2019）在《基于能量捕获的下肢助力外骨骼研究》文中研究指明当前,有很多研究人员通过设计人体外骨骼来辅助人体行走。但大多数助力外骨骼是需要自带供能系统（如电池等）进行供能,一旦能量耗尽,得不到补充,这些设备就无法使用。为了解决助力外骨骼对自带供能系统的依赖问题,有研究者希望通过捕获自然界的能量为外骨骼供能,如光能、风能等,但受使用场合和功率限制,这些方法也不可行。而通过对人体步行运动特征的研究发现,人体步行是一个周期性运动,人体在这个周期中不同阶段的能量分布是不均匀的,如果可以调整行走过程中身体能量的时间和空间分布,则可以有效地实现行走助力的目的。因此,本课题将利用人体的运动特征和人体能量捕获技术,设计无需供能的下肢行走助力外骨骼。本课题提出了两种基于膝关节的下肢行走助力装置。在设计下肢助力装置之前,我们首先研究了人体正常行走时的运动特征和下肢的生物力学模型,然后根据这些研究理论提出了建立下肢行走助力和能量捕获的数学模型,用于提高助力和能量捕获的性能。随后总结了设计下肢助力系统的具体方法。基于上述的模型和设计方法,本课题设计了首先设计了基于膝关节的助力器,随后通过改进,设计了另一款下肢助力外骨骼。为了验证理论,两种助力装置的原型样机都被加工制造出来,并用于测试中,以验证它们的性能。实验结果表明,膝关节助力器和下肢助力外骨骼两个装置都能够实现节省生物能来实现助力,并可以在人体行走过程中捕获额外动能进行发电。膝关节助力器和下肢助力外骨骼在行走过程中最大可以节省的人体生物能百分比分别为3.62%和3.12%;而从行走中捕获能量的最大输出功率分别为5.8W和6.47W。
刘华欣[3]（2016）在《应对摔倒的仿人机器人仿生机构研究》文中研究说明仿人机器人具有类似人类的外形特征和运动能力,通常被设计开发来在不改变现有人工环境的前提下辅助或代替人进行各种工作,采用类似人的双足直立模式运动,从而能在现实环境中更好地与人类共处。自机器人的概念首次提出以来,仿人机器人就始终吸引着人们的兴趣并承载着人类对机器人服务于人的理想。如何通过现有的技术使仿人型机器人外形能更近人并让其真正像人一样活动,始终是仿人机器人技术发展的研究重点,也是其进一步实用化的必须解决的问题。本文结合国家自然科学基金项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”项目,进行仿人机器人的机构设计与系统集成研究。本文的研究重点是根据仿生学机理研究仿人机器人机械系统中的关键环节,使其在运动失稳或摔倒冲击时能保护自身不受损伤。相关的内容和成果如下:首先,针对仿生运动模式要求和失稳摔倒状态下自我保护等功能目标,建立了一种仿人机器人的全身模型;确定了机器人的全身自由度的配置方案和主要结构尺寸;论述了仿人机器人结构设计的一般原则和针对新功能的若干关键机构设计问题;介绍了仿人机器人整体机构设计方案。第二,围绕仿人机器人在摔倒时利用上肢支撑的保护策略,提出了一种以支撑缓冲为主要功能的仿生上肢结构,包括:肩关节一体化驱动及传动过载保护;肘关节的分布式串联弹性驱动。以实现上肢机构快速运动调节和支撑缓冲功能为目标,提出了一种结构紧凑、分工清晰、布局合理的上肢设计方案,实现了仿生关节驱动和上肢结构的融合设计。第三,基于仿人机器人下肢膝关节在多种运动模式下的驱动特征,提出了一种具有变减速比传动特征的关节驱动形式。参照人体膝部运动机理,对仿人机器人膝关节传动系统进行布局设计。提出了一种能够在较大范围内实现变比例传动的多级连杆同步传动方式,通过参数优化获得了理想的传动比-关节相位对应关系和较大的关节执行范围,使膝关节驱动能够进一步适应仿人机器人的多种典型运动模式。第四,针对仿人机器人在行走中容易因足部与地面接触发生相对滑动而造成系统失稳的问题,仿照猫科动物爪尖伸缩机理,提出了一种具有自适应特性的欠驱动爪趾机构,实现了一种兼具足底接触缓冲特性和爪尖锚固增稳特性的被动柔顺足部机构,通过足部与地面的多点复合接触形式来提高行走过程中足部支撑接触的稳定性,解决了运动中单脚支撑状态下足底接触摩擦形成的约束能力不足的问题最后,通过模拟实验和实物平台应用对比等方法,对本文所提出的机构设计研究中的关键方法进行了验证,通过数据的对比和分析评价其在仿人机器人系统集成与实现中的作用。总结了仿人机器人的机构设计与研究工作,并展望未来机器人仿生机构进一步深入的研究。
李翰君[4]（2011）在《基于肌电信号的膝关节肌肉力分布模型》文中认为如果想深入理解骨、关节的载荷以及病理,必须得到肌肉力,这对于骨伤科、生物力学以及物理治疗都是十分重要的。然而,在复杂的运动中得到肌肉力是非常困难的。本论文将建立基于肌电信号的膝关节肌肉力分布模型,模型包括肌肉长度-张力关系、速度-张力关系以及肌肉激活水平,模型不仅运用逆动力学模型还将使用正动力学模型,从而解决关节内肌肉力的分布问题。本研究的目的就是建立肌电驱动模型来得到运动过程中膝关节的肌肉力。因为肌肉参数个体差异很大,使用平均肌肉参数的模拟结果很可能是无效的。所以论文进行了敏感度分析得到肌肉参数对肌肉力的影响。敏感度分析的结果表明使用精确的肌肉最优长度非常重要。所以解释平均最优肌肉长度的模拟结果时需要十分慎重。为了解决上述问题,本研究使用数学优化方法将模型得到的肌肉合力矩与逆动力学的膝关节合力矩进行标定,得到最优肌肉参数。本研究测试了9名运动员的急停起跳和变向动作,得到了人体下肢运动学、动力学数据以及膝关节周围的10块肌肉的肌电。建立膝关节的肌电驱动肌肉力模型。模型使用急停起跳动作得到肌肉参数（肌肉最优长度、肌肉最大收缩速度以及电-力延迟）代入变向动作中计算膝关节力矩。研究结果表明在急停起跳动作中模拟的肌肉力矩与逆动力学得到的关节合力矩相似度很高。使用急停起跳得到肌肉最优长度、最大收缩速度和电-力延迟预测变向动作的肌肉力矩,精度仅轻微下降。本研究编制了一套图形化界面的膝关节骨骼肌肉模型软件。软件能够分析计算膝关节肌肉长度、力臂、肌肉、膝关节合力矩以及复相关系数。
林明芳[5]（1998）在《男子l500m跑时身体各环节输出功的初步研究》文中进行了进一步梳理运动高速摄影和跑台气体代谢法对男子中长跑运动员进行了研究。通过测定运动员1500m跑步过程中身体各环节输出功,发现运动员身体各环节输出功的比例关系为;摆动腿占比例最大,其次是支撑腿,上肢和躯干的输出功的比例相当,头部所占比例很小。运动员跑步过程中,环节内和环节之间存在能量转换,且环节之间能量转换是主要的。
秦正光[6]（1986）在《人体运动的热力学及动作效率的确定》文中指出第一节:身体运动的热力学人体运动的热力学是运动生物力学学科体系的重要组成部分。随着科学技术的发展,为了适应体育教学、训练和竞技水平提高的需要,构成了体育科学的理论系统,产生了相应学科。当前各学科正在向更精细的分科方向发展,同时各学科的理论、方法和内容又相互渗透,密切关连。从各个体育学科所承担的目的和任务去分析,总是从不同的侧面,解释和阐明复杂人体运动时的规律。也可以说人体运动过程中复杂变化规律和特点,决定了这些规律是不可能由单一的某一学科独立地进行解决,而是不同的规律出自于不同的相应学科去解决。
秦正光[7]（1984）在《对跑动中肢体机械能确定和分配的分析》文中研究表明 提高人体动作的效率是当前运动生物力学研究的一个重要课题。理论上早已明确,人体在所做的任何动作中,都应注意节能并保证有最大的输出功。为了适应竞技体育的需要,通过长期系统科学地训练,促进并提高身体各器官机能的生理代谢能力和供能水平,提供并保证特定体育动作中人体所需的能量。一个合理的体育动作技术,从生物体热力学的观点来看,就是有效地将生物化学能最大限度地转化为机械能,完成输出功或功率。
秦正光[8]（1983）在《跑动中肢体机械能确定和分配的分析》文中进行了进一步梳理前言提高人体动作的效率是当前运动生物力学研究的重要领域。理论上早已明确,人体所从事的任何动作中,都应注意节约能耗并保证有最大的输出功。适应竞技体育的需要,通过长期系统科学地训
二、跑动中肢体机械能确定和分配的分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、跑动中肢体机械能确定和分配的分析（论文提纲范文）
（2）基于能量捕获的下肢助力外骨骼研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景与意义 |
| 1.2 助力外骨骼技术国内外研究现状 |
| 1.3 本项目的课题内容、关键技术和创新点 |
| 1.4 主要研究思路、内容及结构安排 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 论文内容和结构安排 |
| 第二章 人体下肢的生物力学和动力学 |
| 2.1 步态分析 |
| 2.2 下肢的生理结构及其力学分析 |
| 2.2.1 下肢肌肉群划分 |
| 2.2.2 肌肉群-肌腱的力学特征 |
| 2.2.3 肌肉的阻尼特性 |
| 2.3 下肢动力学模型及其数学模型 |
| 2.3.1 动力学分析方法 |
| 2.3.2 人体七杆模型 |
| 2.3.3 人体行走的动力学模型 |
| 2.4 动力学仿真及分析 |
| 2.4.1 人体惯性参数的测量 |
| 2.4.2 行走运动学数据的获取 |
| 2.4.3 基于Adams的动力学仿真分析 |
| 2.5 人在步行中可捕获的能量分布情况及其模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于能量捕获的下肢助力理论 |
| 3.1 下肢助力的理论模型 |
| 3.1.1 下肢助力的抽象模型 |
| 3.1.2 助力外骨骼对生物机械功的影响 |
| 3.2 能量捕获模型 |
| 3.2.1 发电机的力学模型 |
| 3.2.2 机电转换的数学模型 |
| 3.3 下肢助力系统的设计方法 |
| 3.3.1 助力外骨骼的简化模型 |
| 3.3.2 助力功能的数学模型 |
| 3.3.3 人体能量流向的改变 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于膝关节的下肢能量捕获及其助力分析 |
| 4.1 膝关节助力器的设计模型 |
| 4.2 数学模型、分析及仿真 |
| 4.2.1 膝关节力矩重新分布的数学模型 |
| 4.2.2 助力器的功率输出 |
| 4.2.3 弹簧和阻尼对膝关节生物力学特征的影响 |
| 4.3 原理样机及实验方法 |
| 4.3.1 原型样机的制造 |
| 4.3.2 实验方法 |
| 4.4 实验结果及分析 |
| 4.4.1 实验结果 |
| 4.4.2 结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于膝关节的下肢助力及其对步态影响分析 |
| 5.1 下肢助力外骨骼的设计模型 |
| 5.1.1 三维模型 |
| 5.1.2 工作原理 |
| 5.2 数学模型、分析及仿真 |
| 5.2.1 膝关节力矩重新分布的数学模型 |
| 5.2.2 发电功率输出 |
| 5.2.3 弹簧与阻尼的助力模型 |
| 5.3 原理样机及实验方法 |
| 5.3.1 原型样机的制造 |
| 5.3.2 实验方法 |
| 5.4 实验结果及分析 |
| 5.4.1 步态影响分析 |
| 5.4.2 助力与能量捕获效果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（3）应对摔倒的仿人机器人仿生机构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本论文研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 仿人机器人国内外研究概述 |
| 1.2.2 仿人机器人摔倒保护国内外研究现状 |
| 1.2.3 本文的主要研究内容及构成 |
| 第2章 仿人机器人模型及整体机构设计分析 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 仿人机器人模型 |
| 2.2.1 人体简化模型 |
| 2.2.2 仿人机器人简化模型 |
| 2.3 仿人机器人系统结构分析与设计原则 |
| 2.3.1 仿人机器人自由度配置和结构尺寸方案 |
| 2.3.2 仿人机器人结构设计原则 |
| 2.3.3 仿人机器人应对摔倒保护的机构设计关键问题 |
| 2.4 仿人机器人整体机构设计方案 |
| 2.4.1 肢体关节一体化驱动方案 |
| 2.4.2 下肢机构整体设计方案 |
| 2.4.3 上肢机构整体设计方案 |
| 2.4.4 躯干结构及腰臀部机构设计方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 应对摔倒冲击的仿生上肢机构设计 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 上肢在摔倒状态下的支撑缓冲作用分析 |
| 3.3 上肢机构仿生设计与分析 |
| 3.3.1 人体上肢关节结构和功能分析 |
| 3.3.2 仿生上肢机构特征和功能划分 |
| 3.4 肩关节驱动过载保护设计 |
| 3.4.1 肩关节驱动过载保护的被动离合机构设计 |
| 3.4.2 肩关节交叉轴驱动系统空间布局与结构融合 |
| 3.5 肘关节驱动柔顺连接设计 |
| 3.5.1 肘关节串联弹性驱动设计 |
| 3.5.2 肘关节传动空间布局与结构融合 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 膝关节基于多级连杆同步的变速比传动设计 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 人体下肢运动及膝关节驱动机理分析 |
| 4.3 膝关节在多种运动模式下的驱动分析 |
| 4.3.1 典型的双足运动模式 |
| 4.3.2 不同运动模式下膝关节的驱动需求对比 |
| 4.4 基于多级连杆同步传动的关节驱动参数化设计 |
| 4.4.1 关节驱动中连杆传动系统的建立 |
| 4.4.2 针对膝关节驱动需求的杆件传动参数优化 |
| 4.5 膝关节传动系统动力学仿真验证 |
| 4.5.1 仿真环境及双足行走模型 |
| 4.5.2 仿真实验结果与数据对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 避免运动失稳摔倒的足部自适应机构 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 足部接触对仿人机器人运动稳定性影响 |
| 5.3 仿生爪趾机构参数设计 |
| 5.3.1 爪趾机构设计的生物启发 |
| 5.3.2 爪趾自适应缓冲与增稳作用机理 |
| 5.3.3 爪趾欠驱动连杆系统参数设计 |
| 5.4 足部机构设计综合与实现 |
| 5.4.1 足部掌-趾结构分布 |
| 5.4.2 模块化爪趾机构设计与实现 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 实验 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 样机前摔模拟实验 |
| 6.2.1 摔倒模拟样机和测试方法 |
| 6.2.2 缓冲实验结果 |
| 6.3 足部抓地增稳对比实验 |
| 6.3.1 足部结构单自由度拖动模拟实验 |
| 6.3.2 仿人机器人双足行走对比实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）基于肌电信号的膝关节肌肉力分布模型（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 前言 |
| 1.1 选题依据 |
| 1.2 研究目的和内容 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 肌肉生物力学 |
| 2.1.1 肌纤维的长度-张力关系 |
| 2.1.2 肌肉整体的长度-张力关系 |
| 2.1.3 速度-张力关系 |
| 2.1.4 长度-速度-张力关系 |
| 2.1.5 表面肌电与肌力的关系 |
| 2.2 关节肌肉力分布模型 |
| 2.2.1 关节肌肉力分布问题分析 |
| 2.2.2 简化方法 |
| 2.2.3 使用优化方法解决关节肌肉力分布问题 |
| 2.2.4 逆动力学模型 |
| 2.2.5 正动力学模型 |
| 2.2.6 基于肌电信号的双子模型 |
| 2.2.7 模型的验证 |
| 3 研究方法 |
| 3.1 研究路线 |
| 3.2 膝关节肌肉力分布模型 |
| 3.2.1 下肢骨骼肌肉模型 |
| 3.2.2 肌肉收缩模型 |
| 3.2.3 肌肉生理模型 |
| 3.3 模型假设 |
| 3.4 肌肉模型的验证 |
| 3.4.1 静态验证 |
| 3.4.2 动态验证 |
| 3.5 敏感度分析 |
| 3.5.1 静态肌肉收缩力的敏感度分析 |
| 3.5.2 动态肌肉收缩力的敏感度分析 |
| 3.6 实验数据采集 |
| 3.6.1 研究对象 |
| 3.6.2 实验仪器 |
| 3.6.3 数据采集过程 |
| 3.7 数据处理 |
| 3.7.1 数据的基本处理 |
| 3.7.2 肌肉的长度和收缩速度的确定方法 |
| 3.7.3 优化方法 |
| 3.7.4 相似度的评价 |
| 4 研究结果 |
| 4.1 标定过程的结果 |
| 4.1.1 标定动作中的肌肉合力矩与关节合力矩 |
| 4.1.2 通过标定过程得到的个体化肌肉生物力学参数 |
| 4.2 静态验证模拟结果 |
| 4.2.1 文献实验数据与模型模拟结果的比较 |
| 4.2.2 肌群内部的比例分配 |
| 4.3 静态验证的敏感度分析 |
| 4.4 动态模型模拟结果 |
| 4.5 动态模型的敏感度分析 |
| 5 分析和讨论 |
| 5.1 模型的有效性 |
| 5.2 敏感度分析 |
| 5.3 研究结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附件1 肌电驱动优化模型软件介绍 |
| 附件2 标定动作股四头肌力矩与膝关节伸膝合力矩的比较 |
| 附件3 验证动作股四头肌力矩与膝关节伸膝合力矩的比较 |
| 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）男子l500m跑时身体各环节输出功的初步研究（论文提纲范文）
| 1 实验对象和研究方法 |
| 1.1 实验对象 |
| 1.2 研究方法 |
| 1.2.1 人体运动时输出机械功的确定 |
| 1.2.2 能量转换量的确定 |
| 1.2.3 机械功的测定 |
| 1.2.4 生理能耗的测定 |
| 1.2.5 机械效率的计算 |
| 2 结果与分析 |
| 3 结论 |
四、跑动中肢体机械能确定和分配的分析（论文参考文献）
- [1]教育部关于印发普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版2020年修订）的通知[J]. 教育部. 中华人民共和国教育部公报, 2020(06)
- [2]基于能量捕获的下肢助力外骨骼研究[D]. 李晓东. 华南理工大学, 2019(02)
- [3]应对摔倒的仿人机器人仿生机构研究[D]. 刘华欣. 北京理工大学, 2016(06)
- [4]基于肌电信号的膝关节肌肉力分布模型[D]. 李翰君. 北京体育大学, 2011(09)
- [5]男子l500m跑时身体各环节输出功的初步研究[J]. 林明芳. 体育科学, 1998(06)
- [6]人体运动的热力学及动作效率的确定[A]. 秦正光. 运动生物力学研究方法, 1986
- [7]对跑动中肢体机械能确定和分配的分析[J]. 秦正光. 体育教学, 1984(01)
- [8]跑动中肢体机械能确定和分配的分析[A]. 秦正光. 第四届全国运动生物力学学术会议论文集（四）, 1983