14、外骨骼定制与健康环境预测研究：方法与应用

外骨骼定制与健康环境预测研究：方法与应用

在当今科技发展的浪潮中，外骨骼设计和城市健康环境规划成为了备受关注的领域。外骨骼的定制化和轻量化设计能够提升其使用的舒适性和效率，而城市健康环境的规划则与居民的健康状况息息相关。下面将为大家详细介绍外骨骼定制设计方法以及基于机器学习的城市健康环境研究。

外骨骼定制与轻量化设计

外骨骼的设计面临着轻量化和定制化两大挑战。由于先进材料成本高昂，采用拓扑优化来减轻结构质量成为轻量化设计的典型方法。同时，不同用户的生理条件各异，外骨骼的尺寸、形状和轨迹需要与个体相匹配，以实现定制化。

为解决这些问题，提出了一种集成设计方法，主要包括以下三个部分：
1. 基于3D扫描和逆向工程的自由形状建模 ：使用3D扫描获取用户的数字模型，从而得到贴合用户的设计空间。假设铝板厚度为5mm，其材料属性如下表所示：
| 材料属性 | 数值 |
| — | — |
| 杨氏模量（GPa） | 76.6 |
| 泊松比 | 0.33 |
| 屈服强度（MPa） | 250 |
| 密度（kg/m³） | 2670 |
2. 利用拓扑优化细化稳健设计框架 ：
- 有限元分析 ：以大腿外骨骼设计空间为例，进行有限元分析。在静态力学模型中，假设上半身完全由外骨骼支撑，根据GB/T 10000 - 1988，允许力公式为 (F_{max} = mg × n_h × n_s)，其中 (m) 为用户体重，(n_s = 1.5) 为安全系数，(g = 10 m/s²)，(n_h =