7、基于路径合成的自对准膝关节外骨骼及单自由度折纸盒研究

基于路径合成的自对准膝关节外骨骼及单自由度折纸盒研究

自对准膝关节外骨骼路径合成方法

在设计外骨骼膝关节时，面临着诸多挑战，其中膝关节的浮动特性使得外骨骼膝关节与人体膝关节之间容易出现错位问题。为了解决这一问题，研究人员提出了多种方法。

一些研究将复杂运动分解为平移和旋转的复合运动，设计出适用于康复外骨骼的结构，但对于增强型外骨骼来说可能过于复杂。也有研究设计了基于运动静力学分析的自对准机制，或者提出解耦方法来获得具有平面可调功率的外骨骼肘部机制。然而，这些方法大多增加了膝关节结构的复杂性。

平面四杆机构是一种简单的单自由度机构，具有追踪膝关节运动路径的潜力。研究人员通过以下步骤来设计基于路径合成的简单外骨骼膝关节：
1. 路径建模方法
- 数据提取 ：从Seth等人的肌肉骨骼动力学研究中提取人体下肢运动时的膝关节运动数据，假设左右下肢运动数据相同，选取右下肢数据进行研究。
- 路径投影 ：为分析膝关节轴的滑动和旋转，对实际运动路径进行投影，通过标记点的相互位置确定膝关节的路径。
- 多项式拟合 ：使用多项式对投影点进行拟合，得到具体的多项式表达式。例如，使用七阶多项式进行拟合：
[y = a_1x^7 + a_2x^6 + a_3x^5 + a_4x^4 + a_5x^3 + a_6x^2 + a_7x + a_8]
其中，(a_1 = -1.328e^{-14})，(a_2 = 9.552e^{-12})，(a_3 = 2.429e^{-09})，(a_4 = -1.274e