增强人体负重能力的动力背包控制系统设计开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

运动过程中臀部的垂直运动会导致负重背包每走一步都加速,这给穿着者带来了巨大的峰值力,增加了代谢能的消耗。同时背着沉重背包行走会增加肌肉骨骼受伤的风险,尤其是在脚踝、膝盖、肩关节和腰椎等易受伤的部位。在这些损伤中,最常见的涉及下肢(脚水泡、跖骨疼痛、应力性骨折和膝盖疼痛)和下背部(下背部疼痛、痉挛、椎间盘撕裂/突出和椎管狭窄)。特别是上身肌肉来支撑背包负荷,也会导致身体疲劳的增加,从而进一步降低人体性能。如果负重行走作为日常工作的一部分定期进行,背痛可能会成为慢性疾病,并造成医疗费用的财务负担。背包瘫痪是最常见的损伤之一,由于背包肩带对上臂臂丛神经C5和C7神经根的过度压迫,导致手臂瘫痪。

国内外的几项研究表明,使用固定框架背包以及第二脊柱可以减轻肩膀上的压力,减轻下背痛。肩部的应力可以通过将载荷部分转移到臀部上来减小,即使其有效性取决于具体的背包型号。肩部压力的降低不仅可以减少导致背包瘫痪的肩部不适和神经压迫,还可以减少脊柱上的压力,因为背包的刚性结构充当了将负荷转移到下体的替代路径。然而,在有些情况下,大量的货物必须携带在背包外面(例如,带有标准装备和防弹插件的军用战术背心)。在这些情况下,需要一种更耐磨的解决方案来将负荷从肩膀转移到骨盆。尽管背负式负重带来许多不利影响,但仍无法获得良好的工程设计,减轻人体负重时肌肉疲劳和受伤风险的有效性有待证明。所以,设计一款能有效降低背包负重行走的能量消耗和肌肉损伤的风险,增强负重能力的动力背包很有意义。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容:

结合负重行走减小代谢能的原理,设计混合动力背包的硬件电路部分,完成电路原理图设计和pcb设计,电路焊接与调试,使用电机调控负载的运动,使用上位机采集调试数据并发送参数。

研究目标:

结合人体负重行走质心运动规律,设计减小代谢能消耗的混合动力背包电路与控制算法。

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3. 研究计划与安排

第1周:明确设计任务,查阅资料。

第2周:阅读技术资料,确定系统设计的技术方案。

第3周:完成开题报告。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] park, j.,stegall, p., zanotto, d., vashista, v., jin, x., and
agrawal, s., 2013, “design of the second spine: a secondary pathway to transferloads from the shoulders to the pelvis,” in proceeding of the idetc/cie 2013,detc2013-12795

[2] park, j,jin, x., and agrawal, s., 2015, “second spine: upper
body assistive device for human load carriage,” journal of
mechanisms robotics 7(1)
, 011012

[3] ren, l., jones, r.k., and howard, d.,2005, “dynamic analysis
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biomechanics, vol. 38, pp. 853-863. [4]dong x, yang x, zhao cl, et al. a novel temperature insensitive fiber bragg grating sensor for displacement measurement, smart materials and structures. 2005

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