人体外骨骼发展现状
1 绪论
1.1 研究背景与意义
在急速发展的现代社会，人们通常都会使用轮式交通工具运载沉重物体，但在实际生活中，有许多地方道路凹凸不平，轮式交通工具难以行进，由于人腿能适应较复杂路况的优点，使得行走助力装置应运而生[1]。它是一种可以辅助人们行走的人机系统，它将人和两足步行机器人结合在一起，利用人的智能来控制机器人的行走，简化了自主行走式两机器人最为常见的步态规划和步态稳定性问题，同时它又可以提供动力协助人的行走，增强人们行走的能力和速度，缓解人在大负重和长时间行走情况下极易出现的疲劳感，大大扩大人们的运动范围，故可用于军事、科考、旅游、交通等各方面，具有广泛的应用前景。在一些交通已经过于拥堵的城市，下肢步行外骨骼还可以作为一种新型的轻型环保交通工具，可以大大减少城市汽车流量，降低市区的堵车情况，减少城市的汽车尾气污染，减缓城市的停车压力，同时使用者还可以达到锻炼身体的目的[2]。
目前，行走助力装置主要应用于两方面：（1）用于负重、长距离行走时进行助力（2）用于老年人或下肢瘫痪者行走时进行助力。行走助力装置的发展借鉴了腿式机器人、仿人机器人的技术和经验，又在结构、控制能力等方面做了深入的研究，经过不断的努力，现已开发出几类行走助力装置，并对相关技术做了深入的探讨，取得了一定的成果。
随着社会的发展和生活水平的提高，人们对医疗水平的期望值也越来越高。而医疗水平的提高自然依仗医疗器械的更新和改善。对于下肢受伤或有关节肌肉病患的病人来说，克服伤病需要借助适当的医疗器械帮助下肢逐渐恢复正常机能。本文所介绍的正是出于此种目的，由多缸并联的气动步行助力器。
1.2 国际上下肢外骨骼的研究现状
1.2.1 德国奥托博克(ottobock)的C-LEG智能仿生腿
德国OTTOBOCK公司的最新产品智能仿生腿（C-LEG）是世界上第一个完全由电脑控制步态的假肢膝关节系统，能使配戴者稳定牢固的控制下肢运动。智能仿生腿有两个电子传感器：一个位于小腿管中，分别测取脚跟踏地和脚前掌的压力，为假肢支撑期的稳定性控制提供信息。一个位于膝关节的支撑框架中，测量膝关节屈度和膝关节摆动速度的变化，为假肢摆动后期的活动性控制提供信息。这两个传感器可将假肢的运动状态以每秒50次的采样频率向电脑提供测定值。微处理器可以瞬间识别使用者的假肢状态。同时，微处理器将所得信号进行加工处理，通过伺服电机控制膝关节液压系统。整个反馈过程是真正意义因人而宜的调整。完全个性化的分析，服务，为患者提供更多的舒适性，活动性和生活乐趣。
图1.1德国奥托博克(ottobock)的C-LEG智能仿生腿
1.2.2 美国DARPA的EHPA研究项目
美国国防部高级研究项目局（Defense Advanced Research Projects）于2000年出资五千万美元用于资助对能够增强人体机能的外骨骼（Exoskeleton for Human Performance）的研究与开发，准备在近几年研制一种穿戴式的，具有自适应能力的外骨骼系统，使士兵在穿着外骨骼后，行军能力大大提高，可以肩负400磅（181公斤）的军用设备，连续运行至少4个小时。在战争中，外骨骼可以使士兵作战能力大大增强，同时在士兵受伤后，可以起到一定的保护作用。
DARPA的该项目总共资助了多家研究机构，其中有四家负责设计和研制出整套的外骨骼系统，他们分别为加州大学伯克利分校的人体工程实验室（HEL），SARCOS机器人公司，橡树岭国家实验室（ORNL）公司，其他一些获得资助的研究机构主要负责开发适用于外骨骼的动力供应设备。其中，加州大学伯克利分校的人体工程实验室率先在2004年推出了他们的BLEEX （Berkeley Lower Extremity Exoskeleton）外骨骼系统，如图1.2所示。该系统由两条动力驱动的仿生金属腿、一个动力供应单元和一个用于负重的背包架组成。该系统使用混合动力，即使用液压能驱动双腿行走，同时对随身携带的计算机供应电能。外骨骼上共安装有40多个传感器和液压驱动器，它们共同构成了一个局域网络，该网络向计算机提供必要的信息，计算机根据这些信息了解操作者当前的状态，并据此对人的负载情况实时进行必要的调整。实验表明，操作者身着重达100磅的外骨骼，同时背上10磅的背包在房间里行走，他所感觉到的重量只有5磅。
图1.2美国DARPA的EHPA研究项目
1.2.3 新加坡南洋理工大学的NTU Lower Extremity Exoskeleton
图1.3 新加坡南洋理工大学的NTU Lower Extremity Exoskeleton
目前，新加坡南洋理工大学的罗锦发教授（Low Kin）也在研究和开发一种可以增强人体速度、力量和耐力的下肢外骨骼，目标是使其能够帮助诸如步兵一样的操作者进行大负重、长距离的徒步行走。图1.3左图所示是他们的整个外骨骼系统的概念设计；右图则是他们现阶段己经开发出来的原型系统，该系统主要由两个部分所组成:内侧外骨骼和外侧外骨骼。其中，内侧的外骨骼绑缚在人的下肢上，利用关节处的编码器来测量行走时的关节角度信号；外侧的外骨骼用来提供助力，根据内侧外骨骼测得的关节角度值通过电机来提供动力。他们的另外
一个主要工作在该原型系统上利用零力矩点（ZMP）理论进行了外骨骼行走稳定性方面的研究。
1.2.4 日本筑波(Tsukuba)大学的HAL系列下肢外骨骼
由日本筑波大学的山海嘉之(Yoshiyuki)教授开发的HAL (rid Assistive Limb )系列下肢外骨骼用于协助步态紊乱的病人行走[3]。它采用了角度传感器、肌电信号传感器和地面接触力传感器等传感设备来获得外骨骼作者的状态信息。它的所有的电机驱动器、测量系统、计算机和无线局域网络，以及动力供应设备都整合到背包中。使用装在腰间的电池进行供电。HAL拥有混合控制系统，包括自动控制器进行诸如身体姿态的控制，以及基于生物学反馈和预测前馈的舒适助力控制器。
图1.4日本筑波(Tsukuba)大学的HAL系列下肢外骨骼
图1.4所示为HAL-3，它是山海嘉之教授历时十年研究的成果。HAL-3是套下肢装，专门设计来帮助下肢残障者或是老人们，能更方便地进行日常生活中的许多动作，像是走路、上下楼梯等等。在2005年日本博会上展出了HAL-4和HAL-:S的原型，这些机型不但能帮助使用者走路，还有上半部能辅助使用者的手臂，使用者穿戴上这种装置，就能提起比原本所能负荷还要更重40公斤的东西。同时，更新的HAL-4不需要使用背包，而是将计算机和无线网络装置缩小，以塞进这套装备的腰带里面。在HALS上则有更小的马达空间，好让装备的髋部和膝盖部分体积更小，如图1.2右图所示。在重量_上，HAL-3重22公斤，HAL-4重17公斤，而HAL-5仅重15公斤，但使用者几乎是感受不到这个重量的，因为装备的脚跟部分会吸收这些重量，而这套装备提供的协助绝对足以补偿
重量上的负担。目前，山海教授成立的公司己经实现了HAL的商业化，每套HAL 都会针对个别使用者的需求及体能状态而特别订制，售价约为14000美元到19000美元。
1.2.5 日本神奈川(Kanagawa)工科大学的Bearable Power Assist
为了给护士们开发一套可穿在身上的助力装置，用于给她们提供额外的力气来搬运病人，神奈川工科大学的杨教授在他1991年研制出的气动助力上肢的基础上增加了腰部和腿部装置，开发了一套独立式的可穿着的助力外套，如图1.6所示。该外套选用了微型气泵、便携式镍锅电池和嵌入式微处理器使系统的动力提供和控制系统极其小型化。整个装置的金属结构由硬铝合金加工而成，重约30公斤。肘部、腰部和膝部的关节驱动采用新式的可直接驱动的旋转位移式气动驱动器，肌肉力量信号的采集采用布置于上臂、大腿和腰部的肌肉硬度传感器测得。微处理器在收到传感器的输出信号之后，计算出保持某个姿势的所需的关节力矩，然后输出控制信号给PWM驱动电路，以驱动旋转气缸的动作。
图1.5 日本神奈川(Kanagawa)工科大学的Bearable Power Assist
1.2.6 日本本田公司开发的步行助力器
本田公开发布了一款叫[体重支撑型步行辅助装置]的原型机。通过它来分担体重的一部分，从而减轻使用者在步行、上下台阶以及半蹲时两脚的负担。接下来要做的工作是验证在实际使用环境中的有效性。
[体重支撑型步行辅助装置]通过支撑使用者的部分体重，来减轻脚的肌肉和关节（髋关节、膝关节、踝关节）的负担。该装置由座椅、框架和鞋构成，结构非常简单。使用时只需穿上鞋，跨上座椅即可，穿戴也非常方便。另外，由于使用了本田独自开发的，能够使辅助力量的方向自动与人体重心方向重合的系统，还使用了能够配合脚的移动来使用辅助力量的系统，因此装置能够很自然地辅助使用者完成各种各样的动作和姿势。
图1.6 日本本田公司体重支撑型步行辅助装置
1.2.7 韩国西江大学的Intelligent Walking Assistive Robot
韩国西江大学的外骨骼设计初衷是为了方便体弱和行走不便的老人，扩大他们的运动范围和活动能力[4]。如图1.7所示，该外骨骼结构上的显著特点是整个装置由两个部分组成:外骨骼和手推车。所有的驱动元件，包括电池和马达，及控制器等较重的周边设备都布置在手推车中，这样一方面可以减轻操作者的负担，另一方面亦可以保证老年人的行走平衡。在控制方面，他们采用类似于机电信号（EMG）的肌纤维膨胀信号，利用绑在大腿和小腿上的气囊内的气体的压力变化来测得，而在人腿自由摆动，即肌纤维不膨胀时，则利用关节处的电位计式角度传感器的信号来触发驱动器的动作。传感器信号的熔合和处理是通过便携式计算机中的模糊控制算法来实现的。
图1.7 韩国西江大学的Intelligent Walking Assistive Robot
1.2.8 浙江大学机电所开发研制的可穿戴式假肢
该研究致力于开发一套用于增强人体步行能力的可穿戴式下肢外骨骼，它引入人作为整个控制系统的主要部分，可以缓解人们由于过量的双足步行所引起的身体疲劳。论文中讨论了设计拟人化和可调节式下肢外骨骼机械结构的方法，并采用一种层次式的控制系统来实现目标功能。特别的是，研究并实现了一种基于ANFIS算法的控制策略，它可以将足底压力信号和气缸的位移控制信号直接关联起来，并且，通过软件仿真证明了这种方法的可行性。目前，已经开发了一套下肢外骨骼的原型实验系统，用来验证一些理论成果并以此为平台进行下一阶段的实验研究。本项目的特色与创新之处在于：
（1）设计新型的用于增强人体步行能力的下肢外骨骼机构，减少人在步行中的能量消耗，降低长距离大负重徒步行走所带来的疲劳。
（2）根据人体下肢的生理结构，按照拟人化原则进行机械结构设计，使下肢外骨骼具有良好的穿着性能。
（3）利用人体步行时的足底压力信号触发下肢外骨骼的动作，使控制系统大大简化，开发成本大大降低。
（4）对不同的人，下肢外骨骼具有广泛的适应性，可以掌握每个人走路的不同步态并原样再现，大大增加穿着步行时的舒适感。
图1.8 浙江大学机电所开发研制的可穿戴式假肢
1.3 设计中的难点
在开发一套步行助力系统的整个过程中，目标功能最终能否顺利实现取决于很多因素的共同影响和作用，包括设计拟人化的人体下肢外骨骼机构、选用高效的控制方式和控制策略等，解决了这些问题才能使系统不仅能够跟随使用者完成必要的下肢运动，而且可以对人体步行适时提供助力，从而大幅度提高使用者的活动范围。
具体来说，为实现最终的功能要求，在整个系统的研发过程中，主要存在以下几大技术难点：
（1）机构的合理设计，包括：下肢机械结构和关节运动副的优化设计，驱动器件和传动器件的合理选择与设计，运动自由度的分配等，以便使人穿戴舒适、操作灵活、最大限度地拓展人的活动范围，这是开发过程中首先需要解决的问题。
（2）步行助力装置和操作者的协调运动问题。步行助力装置要能保证它可以和操作者始终保持协调一致的运动节奏，以使二者之间的互相干涉作用最小，并可以根据人的运动意图来适时提供助力。保证人穿戴后，运动负担减小，即穿戴后行走同样距离的路程人体所消耗的能量比没有穿戴外骨骼时所消耗的能量少。
（3）驱动器和驱动系统的选择。既要有较轻的重量，较小的体积，又必须具有较大的驱动力或驱动扭矩，同时还要有良好的散热性能。这也是可穿戴式的下肢外骨骼系统能否实现“结构紧凑”、“轻巧便携”和“携带动力”等几大要素的关键问题。小型化轻量化的空气压缩源成为提供驱动力的首选。
（4）样机材料的选择。由于下肢步行外骨骼系统是穿戴在人身上，与人一起运动的，因此必须要求外骨骼非常轻便，同时又要具有很好的刚度，能够承受人的重量以及与地面的碰撞，因此可能需要选用一些新型的复合材料作为样机的制作材料。
1.4 本文主要的研究设计内容
由于能力和篇幅有限，对本论文来说，研究主要内容主要集中在一些基础性的工作上，主要目的是通过借鉴一些已被开发出来的步行助力装置，设计一种简单、轻便的，主要适用于骨关节病患者的气动并联步行减重助力装置。具体来说，本文所涉及到的内容主要有以下几方面：
首先，减重气动步行助力器的机械结构总体设计。为了满足基于人机一体化的思想，设计出可以使使用者穿戴舒适、方便的下肢外骨骼系统，在设计过程中将尽量满足拟人化原则。所以在总体结构设计之前，论文会先对人体下肢的骨骼结构和运动机理作简要的分析，为顺利展开总体及零部件设计提供基础。
其次，下肢外骨骼机构重要部位的设计以及关键零部件的设计。包括气缸的选型，滑动自锁机构的设计，脚部连接机构的设计，骨盆支撑结构的设计等，这些将是本文的重点。
人体下肢运动分析
大连理工大学 硕士学位论文 人体下肢运动分析 姓名：王晏 申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：孙怡 20050317
摘要 近些年来，人体运动的跟踪与分析在图像处理和计算机视觉领域引起许多学者的关注。这一课题在智能监视系统、虚拟现实、高级用户接口、运动分析和基于模型的图像编码等方面具有广阔的应用前景。利用图像序列进行人体运动的跟踪与分析包含四个基本内容：（１）从背景中提取运动目标；（２）从运动目标中分出人体目标；（３）运动人体的跟踪；（４）人体行为的理解与描述。其中，人体运动的跟踪和标定是人体运动跟踪与分析过程的关键，是进一步识别和理解人体运动行为的基础。本文提出了一种行走人体下肢关节点定位的算法。该算法是根据人行走时呈现的几何特性对人体的下肢关节点进行定位。 行走人体下肢关节定位算法处理的是由摄像机摄入的视频图像序列。首先经过背景去除，把人体区域从图像中提取出来。在得到干净的人体区域后，就可以获得人体的高度和宽度参数，以便进一步实现下肢关节点的定位。 经过背景去除和获得高度参数后，就要根据人体行走时所呈现的几何特征进行下肢关节点的定位。本文首先对侧面行走人体下肢关节点进行了定位。人在侧面行走时腿部长度是无失真的，因此，根据腿部的长度约束和关节点的运动约束进行了关节点定位。本文继而对正面行走人体下肢关节点进行了定位，对于正面行走的人体，其腿部长度在二维图像中有时会出现失真，因此，不能简单的根据腿部的长度约束进行定位。本文针对正面行走人体腿部边缘特性，结合腿部长度约束对膝关节进行了定位，并且根据腿部边缘特点对人体小腿长度进行了调整，运用调整后的小腿长度约束对人体踩关节进行了定位。在侧面行走人体和正面行走人体下肢关节定位的研究基础上，进一步研究了任意行走姿态下人体髋关节和膝关节的定位。根据人体行走时腿部的边缘信息用直线拟合的方法，并且结合腿部长度约束进行了膝关节的定位。 论文给出了侧面、正面以及任意行走姿态下人体下肢关节点定位的实验结果。对于侧面行走人体，本文检验了两种人体模型软件生成的人体行走序列，并且对实际拍摄的侧面人体行走序列也进行了髋关节和膝关节的定位。对于正面和任意行走姿态下的人体，只检验了由ＰＯＳＥＲ３．０生成的模型序列。实验结果表明，本文所提出的算法可以对行走人体的下肢关节点进行较为准确的定位，并且算法简单易行，可
正常人体学基础
《正常人体学基础》试题 一.名词解释（每题2分，共20分） 1.正常人体学基础 2.新陈代谢 3.兴奋性 4.阈强度 5.静息电位 6.去极化 7.内皮 8.微绒毛 9.肌纤维 10.突触 二.填空（每空1分，共40分） 1.解剖学姿势是身体直立，两眼向前平视，上肢下垂，手掌 ,下肢 并拢，足尖。 2.新陈代谢包括不可分割的_______代谢和______代谢两部分。 3.体液调节具有缓慢、_____和_____的特点。 4.反射弧由五部分组成，即_____、______、_____、______和_______。 5.神经调节的基本方式是______，需以______为基础。 6._____、_____、_______等的兴奋性最高。 7.细胞的基本结构由______、______和______三部分组成。 8.细胞膜的运输方式有_____、______和______三种。 9.细胞膜的化学成分，主要有______、______和______。 10.按分布和功能不同，上皮组织可分为______、______和______。 11.固有结缔组织根据结构不同可分为______、_______、______和______。 12.神经组织由______和______构成。 13.13.神经纤维包括______和______两种。 14.中枢传递具有______、______、______和______等传递特征。 三．选择题（每题1分，共15分）
1.以体表为基准的方位术语是（） A.前和后 B.上和下 C.内和外 D.浅和深 2.分布于心、血管、淋巴管内表面的上皮是（） A、单层柱状上皮 B、变移上皮 C、假复层柱状纤毛上皮 D、单层扁平上皮 E、单层立方上皮 3.矢状面是指（） A、从上到下，将人体分为产后两部分的面 B、从前到后，将人体分为左右两部分的面 C、从左到右，将人体分为前后两部分的面 D、从左到右，将人体分为上下两部分的面 E、从前到后，将人体分为上下两部分的面 4.肌原纤维的结构与功能单位是（） A、肌膜 B、肌丝 C、肌浆 D、肌节 E、肌纤维 5.构成神经纤维的是（） A、神经元的树突 B、神经元的树突和神经胶质细胞 C、神经元的轴突 D、神经元的轴突、长树突及神经胶质细胞 E、神经元的轴突、长树突 6.形成静息电位的主要原因是由于（） A、钾离子外流 B、氯离子内流 C、钠离子外流 D、钠离子内流 E、钾离子内流 7.下列哪项不属于结缔组织（） A、疏松结缔组织 B、脂肪组织 C、血液 D、间皮 E、骨组织 8.神经细胞动作电位的去极化与下列哪种离子运动相关（） A、Ca2+ B、K+ C、Na+ D、Cl- E、Mg2+ 9.人体内O 2、CO 2 和NH 3 进出细胞膜是通过（） A、单纯扩散 B、主动转运 C、易化扩散 D、出胞作用 E、入胞作用 10.细胞膜内外存在的电位差通称（） A.动作电位 B. 静息电位 C.膜电位 D.局部电位 11.单纯扩散、易化扩散和主动运输的共同特点是（）
基于MATLAB的人体姿态的检测课程设计
基于视频的人体姿态检测 一、设计目的和要求 1.根据已知要求分析视频监控中行人站立和躺卧姿态检测的处理流程，确定视频监中行人的检测设计的方法，画出流程图，编写实现程序，并进行调试，录制实验视频，验证检测方法的有效性，完成系统软件设计。 2.基本教学要求：每人一台计算机，计算安装matlab、visio等软件。 二、设计原理 图像分割中运动的运用（运动目标检测） 首先利用统计的方法得到背景模型，并实时地对背景模型进行更新以适应光线变化和场景本身的变化，用形态学方法和检测连通域面积进行后处理，消除噪声和背景扰动带来的影响，在HSV色度空间下检测阴影，得到准确的运动目标。 噪声的影响，会使检测结果中出现一些本身背景的区域像素点被检测成运动区域，也可能是运动目标内的部分区域被漏检。另外，背景的扰动，如树枝、树叶的轻微摇动，会使这部分也被误判断为运动目标，为了消除这些影响，首先对上一步的检测结果用形态学的方法进行处理，在找出经过形态学处理的后的连通域，计算每个连通域中的面积，对于面积小于一定值的区域，将其抛弃，不看做是前景运动目标。 2.2bwlabel函数 用法：L = bwlabel(BW,n) [L,num] = bwlabel(BW,n)，这里num返回的就是BW中连通区域的个数。 返回一个和BW大小相同的L矩阵，包含了标记了BW中每个连通区域的类别标签，这些标签的值为1、2、num（连通区域的个数）。n的值为4或8，表示是按4连通寻找区域，还是8连通寻找，默认为8。 四连通或八连通是图像处理里的基本感念：8连通，是说一个像素，如果和其他像素在上、下、左、右、左上角、左下角、右上角或右下角连接着，则认为他们是联通的；4连通是指，如果像素的位置在其他像素相邻的上、下、左或右，则认为他们是连接着的，连通的，在左上角、左下角、右上角或右下角连接，则不认为他们连通。
人体下肢外骨骼仿生
人体下肢外骨骼机理分析 xx （xx,xxxx,xxxx） 摘要：本论文研究穿戴型下肢外骨骼机器人机构。所研究的外骨骼是一种可以穿戴于人体的机械装置。这种外骨骼依靠人的运动信息来控制机器人，通过机器人来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的远行、负重等任务。这种外骨骼也可以用来检测人体运动信息，作为康复医疗器械使用。下肢穿戴外骨骼机器人是一种具有双足步行特征的典型的人机一体化系统。 关键词：穿戴外骨骼；助力机器人；机构设计；仿真分析 ANALYSIS AND DESIGN OF LOWER EXTREMITY EXOSKELETON (Mechanical Manufacturing and Automation.,No.:xxxxxxxx,Email:xxxxxxxx@https://www.wendangku.net/doc/ca7057535.html,, phone:xxxxxxxxxxx) Abstract：This paper researched a kind of wearable lower extremity exoskeleton robot. The exoskeleton is a mechanism which could match the human body. It relied on human motion information to control the robot, and accomplish the travel, loading and other tasks that can not be completed by people's own capacity lonely. The exoskeleton can also be used to detect human motion information, and as the rehabilitation of medical devices. Lower extremity exoskeleton robot is a kind of typically man-machine integrated system with some biped walking robots’ characters. Keywords：Wearable exoskeletons; Assist robot; Mechanical design; Simulation and Analyze 1引言（Introduction） 外骨骼是一种给人穿戴的人机一体化 智能机械装置，它将人类的智力和机械装置的“体力”结合在一起，靠人的智力来控制机械装置，通过机械装置来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的任务。下肢外骨骼是一种用来辅助人们行走的人机系统，它将人和两足步行机器人结合在一起，利用人的运动控制能力来控制机器人的行走，简化了自主行走式两足机器人最为常见的步态规划 和步态稳定性问题，同时它又为人类的行走提供动力协助，增强人类行走的能力和速度，特别是能够缓解人在大负重和长时间行走 情况下极易出现的疲劳感，大大扩大人类的运动范围，能够增强个人在完成某些任务时的能力。人体下肢外骨骼作为单兵系统的一部分，起到了提高士兵承载能力的作用，避免了士兵由于沉重负荷而导致的身体机能 的下降，从而提高了士兵的抵抗能力，对最终提高士兵的战斗力和生存力起到了重要 作用。故可用于军事、科考、旅游、交通等各方面，具有广泛的应用前景。 2人体外骨骼的研究背景（The background of exoskeletons） 人体下肢外骨骼机器人成为机器人领域的一个热门分支，已越来越受到学术界和工业界关注。目前，国外特别是美国、日本在这方面已经取得了巨大的进展，并逐步商业化，成为新兴产业。但国内仅有少数科研单位从事可穿戴助力机器人的研究，起步较晚，基本处在实验室试制阶段，离实用还有一定的距离。
复习资料-正常人体学基础
复习题 一，绪论 1，人体的组成：细胞——组织——器官——人体 2，组织分类：上皮组织，结缔组织，肌组织，神经组织。 4，人体分布：头，颈，躯干和四肢 头：面+顶+枕 颈：前颈+后项 躯干：前胸+腹+盆+会阴+后背+腰 四肢：上肢+肩+臂+前臂+手+下肢+臀+股+足 5，解剖学姿势：直立，两眼平视，上肢下垂，掌心向前，下肢并拢，足尖向前。6，常用术语，上下，内外，前后，浅深，内侧外侧，近端远端 7，轴：矢状轴-冠状轴-垂直轴 8，矢状面-冠状面-水平面 9，生命基本三大营养物质：糖，脂，蛋白质 10，生命最基本特征：新陈代谢（合成代谢和分解代谢） 11，人体活动的调节方式：神经调节，体液调节，自身调节，其中起主导作用的是神经调节 12，维持内环境稳态重要的调节机制是负反馈调节 13神经调节的基本方式是反射，反射的结构基础是反射弧，即感受器—传入神经—神经中枢—传出神经—效应器 14，非条件反射：与身俱来得e.g食物反射，防御反射 条件反射：后天学习的：e.g望梅止渴，闻鸡起舞 15，神经调节的特点，迅速准确，持续时间短 16，体液调节的特点：缓慢持久影响面大 17，自身调节的特点：调节幅度小，灵敏度差局限 二，细胞 1，细胞是人体内形态结构和生理功能的基本单位 2，细胞结构：元素（C H O N P)-无机物（水，无机盐）-细胞膜，细胞质，细胞核 3，细胞膜也称单位膜，分子结构是：液态镶嵌模型学说，基本特性是流动性4，细胞器有：线粒体，核蛋白体，内质网，高尔基体，溶酶体，中心体 5，染色体和染色质：是同一物质在细胞不同时期的两种表现 6，体细胞：双倍体，染色体数46，常44条，性2条 7，成熟生殖细胞：单倍体，常22条，性（Y X） 8，细胞膜小分子运输方式：单纯扩散，易化扩散，主动转运，大分子是出胞入胞 9，形成动作电位是K离子外流，形成静息电位是NA离子内流 10，动作电位产生的条件：静息电位去极化达到阈电位 11，动作电位传导是局部电流，特点：不衰减性，“全”或“无”现象，多向性三，基本组织 1，上皮组织：细胞多，间质少，排列紧密 2，结缔组织：细胞少，间质多，多纤维 3，被覆上皮：单层上皮(单层扁平上皮，单层立方上皮，单层柱状上皮，假复层
动作识别与行为理解综述
_________________________ 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(60673189) 收稿日期: 2008-11-28 改回日期:2008-12-03 第一作者简介: 1940.现为普适计算教育部重点实验室，清华大学计算机系人机交互与媒体集成研究所教授，博士生导师。 目前他的主要研究领域为计算机视觉，人机交互，普适计算计算技术。IEEE 高级会员，CCF 会员。 动作识别与行为理解综述 徐光祐 曹媛媛 普适计算教育部重点实验室 清华大学计算机科学与技术系 北京，100084） 摘 要 随着“以人为中心计算”的兴起和生活中不断涌现的新应用，动作识别和行为理解逐渐成为计算机视觉领域的研究热点。本文主要从视觉处理的角度分析了动作识别和行为理解的研究现状，从行为的定义和表示、运动特征的提取和动作表示以及行为理解的推理方法三个方面对目前的工作做了分析和比较。并且指出了目前这些工作面临的难题和今后的研究方向。 关键词 以人为中心 动作识别 行为理解 中图法分类号：TP391 文献标识码：A Action Recognition and Activity Understanding: A Review XU Guangyou, CAO Yuanyuan (Key Lab of Pervasive Computing, Ministry of Education, Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract As the “Human-centered computing ” is getting more and more popular and novel applications are coming up, action recognition and activity understanding are attracting researcher s’ attention in the field of computer vision. In this paper, we give a review of the state in art of work on action and activity analysis, but focus on three parts: Definition of activity, low-level motion features extraction and action representation, and reasoning method for activity understanding. Furthermore, open problems for future research and potential directions are discussed. Keywords human-centered computing, action recognition, activity understanding 引言 计算正渗透和影响到人们生活的各个方面，根据传感器数据来识别和理解人的动作和行为就成为未来”以人为中心的计算”(Human-centered computing)中的关键[1]。其中基于视觉的动作识别和行为理解尤为重要。因为在人之间的人际（interpersonal ）交互过程中，视觉是最重要的信息。视觉可以帮助人们迅速获得一些关键特征和事实，如对方的表情、手势、体态和关注点等，这些视觉线索综合起来反映了对方的态度，潜在意图和情绪等信息。未来人机交互和监控中，机器要感知人的 意图很大程度上就需要依靠视觉系统。此外，视觉传感器体积小、被动性和非接触式的特点，使得视觉传感器和视觉信息系统具备了无所不在的前提。近年来，在对计算机视觉提出的层出不穷的新要求中，行为理解是一个具有挑战性的新课题，在诸如智能家居，老年人看护，智能会议室等应用中都起着至关重要的作用。它要解决的问题是根据来自传感器（摄像机）的原始图像（包括图像序列）数据，通过视觉信息的处理和分析，识别人体的动作，并在上下镜(context)信息的指导下，理解人体动作的目的、所传递的语义信息。行为理解作为近几年开始兴起的研究，正在逐渐获得越来越多的关注。 人体检测、定位以及人体的重要部分（头部，
人体下肢外骨骼机器人的步态研究现状
人体下肢外骨骼机器人的步态研究现状 王楠，王建华，周民伟 外骨骼（exoskeleton ）一词来源于生物学，是指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构[1]，如甲壳类和昆虫等节肢动物的外骨骼系统。人体外 骨骼机器人是将人的智慧与机器的机械动力装置结合为一体的机器人[2]。美国于2000年开展了“增强人体机能的外骨骼”（Exoskeletons for Human Performance Augmentation ，EHPA ）研究项目[3-4]，自此，外骨骼机器人的开发与应用逐渐进入 人们的视线，成为关注的焦点。由于外骨骼机器人不仅为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，还能在操作者的控制下完成一定的功能和任务，因此在下肢功能障碍患者的步行功能锻炼过程中的应用逐渐增多[5-7]；此外，其在单兵作战装备 【摘要】外骨骼机器人是将人的智慧与机器的机械动力装置相结合的一种机器人，不仅可以为操作者提供保护、身体支撑等功能，还可以在操作者的控制下完成一定的功能和任务，应用前景巨大。文中阐述人体下肢外骨骼机器人下肢外骨骼实现行走应具备的关节及其活动度，介绍下肢外骨骼机器人步态控制的基础——正常步态分析，详细论述了目前控制下肢外骨骼机器人行走及步态稳定性的主要方法。 【关键词】下肢；机器人；外骨骼；步态 中图分类号：R-05，R336文献标识码：A 文章编号：1674-666X(2012)01-0062-06 Current researches of gait analysis on human lower extremity exoskeleton robotic device WANG Nan,WANG Jianhua,ZHOU Minwei.Department of Overseas Chinese,Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command,Guangdong 510010,China 【Abstract 】Exoskeleton robotic device is a kind of robot that combines the intelligence of human with the mechanical power of machine,which can not only provide protection and support for operators but also accomplish certain functions and missions under the control of operators.In this paper,relative key factors of lower extremity exoskeleton robotic device techniques are introduced briefly such as the joints and the range of motion (ROM)which the lower extremity exoskeleton should be equipped,the normal gait analysis which is the basis of gait control of the exoskeleton robot,and then the major walking control methods and gait stability control methods for lower extremity exoskeleton robotic device which are discussed in detail. 【Key words 】Extremities;Robotics;Exoskeleton;Gait DOI ：10.3969/j.issn.1674-666X.2012.01.010 基金项目：广东省科技计划项目（2010B010800006），广州市科技计划项目（2010J-E311） 作者单位：510010广州军区广州总医院华侨科（王楠）；脊柱外科（王建华）；医务部（周民伟）E-mail ：115989930@https://www.wendangku.net/doc/ca7057535.html, 综述
《人体与运动》教案
《人体与运动》教学设计 黄山中学高涤生 一、设计理念： 本课以学生为本，将学生的全面发展作为目标，贯彻“健康第一”的指导思想，以促进学生身心健康和谐发展为出发点，使学生理解人体的运动系统是如何作为一个整体使人体能够运动，从而为学生学习体育与健康打下相应的基础。 二、教学目标： ①知识与技能目标：a、通过本课学习，使学生了解骨骼、关节、骨骼各肌的构 造和功能；掌握青少年骨骼、关节、肌肉的发育特点。 b、渗透《中华人民共和国体育法》,体育运动分为三种: 社会体育、学校体育和竞技体育。 ②过程与方法目标：通过本课学习，让学生想出一种发展身体某一肌肉群的方法。 能力目标增加了一定难度，但是大多学生可以通过努力实现 这一目标，并体验到成功。这种积极的体验，有助于增强学 生的自信心，可以提高学生的动机水平。 ③情感态度与价值观目标：通过展示精彩视频与直观的图片，充分调动学生的学 习情绪。适当将竞赛引入课堂，提高学生学习的主动 性。 教学重点、难点： ①重点：骨骼、关节的基本构造和功能； ②难点：骨骼、关节、肌肉如何相互协调完成运动过程。 三、教学对象： 九年制初中八年级学生。初中八年级学生对体育与健康两者的概念与联系不是很清楚，学生需要了解基本的运动的基本原理，为今后的体育锻炼奠定良好的基础。 课程资源：《人体与运动》一课，是全日制初中《体育与健康》课中第一章《你的身体健康》中的第一节课的学习内容，是体育理论课。教材由“骨骼和关节”、“肌肉”、“骨骼、关节、肌肉和运动系统的关系”三部分内容组成。 四、课程资源： 教材资源：初中八年级《体育与健康》教材及教学参考书。 多媒体资源：《人体与运动》演示课件、幻灯片课件 教具资源：人体骨骼模型、体操垫。 五、教学方法： 体育理论课由于在教室内进行，场地受到限制，教材内容又显得单一，学生学起来枯燥。根据新体育课标的要求，我通过让学生积极动脑思考，动手试一试，动口问答，在此过程中激发学生快乐的情绪，产生学习兴趣和求知欲望，在兴趣盎然中学习，由动而乐，在乐中学。 八年级学生因年龄小，理解能力差，并且又特别活泼好动。因此我对他们不进行过深的理论讲授，只讲一些简单的常识性内容。在讲授时也不是进行简单的
正常人体学
1.细胞是人体结构和功能的基本单位。 2.器官：几种不同的组织组合成具有一定形态和功能的结构称为器官。 3.系统：若干器官组合成来共同完成某种生理功能，构成系统 4.呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统组成内脏。 会判断5.内侧和外侧：近身体正中矢状面者为内侧，反之为外侧。 荆绯侧 在前臂：内侧又称尺侧外侧又称桡侧 在小腿：内侧又称胫侧外侧又称腓侧 6.矢状面：沿前、后方向讲人体分为左右两部分的切面。通过正中线的矢状面，称为正中矢状切面或正中面。 7冠状面：也称额状面。将人体分为前、后两部分的切面。 8.生命活动的基本特征是新陈代谢和兴奋性。 人体结构有不同的细胞所构成，不同细胞兴奋性不一样，怎么判断？（看懂） 新陈代谢：人体通过与外界的物质交换，不断地进行新老交替自我更新的过程，称为新陈代谢。 新陈代谢是生命的最基本特征。 兴奋性：人体或组织对刺激发生反应的能力或特性，称兴奋性。 9.判断人体兴奋性的指标是阈值（也叫阈强度） 了解10.内环境：由细胞外液组成的细胞生存环境称为内环境。 11.机体功能有三大调节方式。 神经调节特点：迅速而精确，作用部位比较局限，作用时间比较短暂，适应于快速变化的生理过程，如对躯体运动和内脏活动的调节。 神经调节的基本方式：反射 体液调节（内分泌调节）的特点：作用缓慢、历时持久、影响广泛、但精确度差。适用于持久而缓慢的生理过程。对新陈代谢、生长发育和生殖等生理过程都有重要调节意义。神经调节（迅速、精确、持续时间短） 体液调节（缓慢、持久、调节幅度广泛） 12.维持内环境的稳态：负反馈 正反馈：血液凝固，排尿和排便反射，分娩 负反馈：血压调节，体温调节，PH调节 维持内环境的稳态。 体内大多数反馈为负反馈。 13.细胞膜：“液态镶嵌模型”学说。 此学说认为细胞膜：由液态脂质双分子层为支架，其中镶嵌着有不同分子结构、不同生理功能的蛋白质。 14.细胞器： 线粒体：动力工厂能量工厂 高尔基复合体：加工修饰运输蛋白质 （听懂了解）15.氧气和二氧化碳通过单纯扩散的跨膜方式进行转运 钠离子和钾离子离子顺浓度差 钾离子通过通道蛋白进行转运： 钾离子顺浓度差的跨膜转运：通道转运（通道转运属于易化扩散）
(完整word版)正常人体学基础试题
正常人体学基础试题 （填空题） 1、细胞的基本结构由（细胞膜）、（细胞质）和（细胞核）三部分组成。 2、根据结构和功能，肌组织可分为（平滑肌）、（骨骼肌）和（心肌）三种。 3、关节的基本结构包括（关节面）、（关节囊）和（关节腔）。 4、膈有三个裂孔，分别是（食管裂孔）、（腔静脉裂孔）和（主动脉裂孔）。 5、膈收缩时，膈的顶部（下降），胸腔容积（扩大），引起吸气。 6、腹前外侧壁的三块扁肌由浅入深依次为（腹外斜肌）、（腹内斜肌）和（腹横肌）。 7、呼吸部包括（呼吸性细支气管）、（肺泡管）和（肺泡）等。 8、壁胸膜按其衬覆部位可分为四部分，即（胸膜顶）、（膈胸膜）、（纵膈胸膜）、（肋胸膜）。 9、男性尿道分三部分即（前列腺部）、（膜部）和（海绵体部）四部分，其三处狭窄是（尿道内口）、（尿道膜部）和（尿道外口），其中（尿道外口）最为狭窄。 10、子宫分三部分，由上至下为（子宫部）、（子宫体）和（子宫颈）。 11、营养心的动脉是（左冠状动脉）和（右冠状动脉）。 12、主动脉的三大分支是（头臂干）、（左颈总动脉）和（脾动脉）。 13、腹腔干的分支有（胃左动脉）、（肝总动脉）和（脾动脉）。 14、上肢较为恒定浅静脉有（头静脉）、（贵要静脉）和（肘正中静脉）。 15、眼球纤维膜分为（角膜）和（巩膜）两部分,前者无色透明、无血管，富有（感觉神经末梢）。 16、眼球血管膜包括（虹膜）、（睫状体）和（脉络膜）三部分。 17、眼球内容物包括（房水）、（晶状体）和（玻璃体）。 18、房水由（睫状体）产生，先进入（后房），经（瞳孔）流入（前房），再经（虹膜角膜角），渗入（巩膜静脉窦），最后回流入（眼静脉）。 19、前庭蜗器分为（外耳）、（中耳）和（内耳） （名词解释） 1、胸骨角：胸骨柄与胸骨体连结处微向前突出称为胸骨角。 2、鼻旁窦：是鼻腔周围的颅骨内与鼻腔相同的含气空腔 3、上呼吸道：临床上将鼻、咽、喉称为上呼吸道 4、消化：食物在消化道内被加工、分解的过程，称为消化。 5、吸收：消化管内的物质透过过消化管黏膜进入血液和淋巴的过程，称为吸收。 6、排卵:卵泡发育成熟后，向卵巢表面突出。最终破裂。次级卵细胞连同放射冠、透明带脱离卵巢，进入腹膜腔，这一过程称排卵。 7、虹膜角膜角:前房的周边即虹膜与角膜交界处所形成的夹角。 8、色盲:凡缺乏辨别某些颜色的能力。 （选择题） 1、关节的基本结构，不包括（C） A.关节面 B.关节腔 C.关节盘 D.关节囊 2、躯干骨不包括（C） A.椎骨 B.胸骨 C.锁骨 D.肋 3、连结椎骨的三条长韧带，不包括（D） A.棘间韧带 B.棘上韧带 C.前纵韧带 D.后纵韧带
固定场景下的人体姿态识别
2018.11收稿日期：2018-08-15 当前人工智能技术的热点,固定情景下对于人体姿态识别具有十分重要的研究意义,对于我国实现现代化建设具有一定的推动作用,因此加强技术分析研判就显得十分重要。早在上世纪70年代,我国已经开始了对人体行为分析方面的研究,这些研究对于我国人工智能的发展有了较强的推动作用,在特定情景下或者说在比较标准的场景中分析较为简单的姿态和动作已经成为了可能,但这些工作的开展大多停留在理论的层次,并没有付诸实践,要想将这些分析技术真正应用到实际场景中仍然需要大量的实验进行探索。 1人体姿态识别 人体姿态识别主要在于研究描述人体姿态以及预测人体行为,其识别过程是指,在指定图像或视屏中,根据人体中关节点位置的变化,识别人体动作的过程。人体姿态识别的算法主要分为两类,一是基于深度图的算法,另一类直接基于RGB图像的算法。深度图是指由相机拍摄的图片,其每个像素值代表的是物体到相机XY平面的距离。这种算法的应用容易因采集设备的要求而受限,但基于RGB图像的算法直接通过对红、绿、蓝3个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到的颜色进行识别,不会受到其他因素的干扰限制,因此更具有发展前景,同时也取得了不少成果。目前,即使是在较为复杂的、某种固定的场景中,基于RGB图像的人体姿态估计算法相较于基于深度图的人体姿态估计算法也能达到很好的识别效果。无论是深度图技术还是RGB图像技术,都是通过计算机强大的运算能力进行人体姿态的动作预算,通过这样的方式能够一定程度地实现人工图像的监测,并且能够为人工智能的普及奠定良好的基础。随着我国社会水平的不断提升,人们对于社会生活的质量要求也在不断增加,因此在实际的生活过程中视频监控已经成为人们不可或缺的一种安全措施,基于视频分析的技术要求也越来越高。例如在智能家装,医疗领域及运动分析等行业中都得到了较为广泛的应用,固态场景下的人体姿态识别在各领域起到的作用显而易见。特别是近年来,我国安保工作的加强,对于大城市人口密集流动以及犯罪分子的甄别等都有较强需求。 2人体姿态识别的实现 人体姿态是被主要分为基于计算机视角的识别和基于运动捕获技术的识别。基于计算机视觉的识别主要通过各种特征信息来对人体姿态动作进行识别,比如视频图像序列、人体轮廓、多视角等。基于计算机视觉的识别可以比较容易获取人体运动的轨迹、轮廓等信息,但没有办法具体实现表达人体的运动细节,以及容易存在因遮挡而识别错误等问题。基于运动捕获技术的人体姿态识别,则是通过定位人体的关节点、储存关节点运动数据信息来识别人体运动轨道。相较于计算机视角的人体姿态识别,基于运动捕获技术的人体姿态识别可以更好地反应人体姿态信息,也可以更好地处理和记录运动细节,不会因为物体颜色或被遮挡而影响运动轨道的识别。技术的革新对人体姿态的分析捕捉有较强的辅助作用,并且能够更好地展现动作的细节,对于专业人士进行动作分析的痕迹管理有较高的参考价值。通过良好的运动前景预算能够,在各种计算方法中做出合理的预测,并且在各种环境中的适应能力也能够得到一定程度的加强。由于未来的监控实现的方向是在全领域的视频监控,因此对于用户的特定化要求也应该及时进行技术革新,用户对于技术的需求就是技术革新的发展方向, 固定场景下的人体姿态识别 赵一秾 （辽宁科技大学，辽宁鞍山114000） 摘要:近年来，随着信息技术的发展和智能科技的普及，全球科技变革正在进一步推进，云计算、物联网、大数据和人工智能等技术也在飞速发展，其中，人体姿态识别技术已开始在计算机视觉相关领域中广泛应用。就固定场景下的人体姿态识别做出研究分析。 关键词:人体姿态识别；云计算；人工智能 150
下肢外骨骼康复机器人设计及运动学分析
下肢外骨骼康复机器人设计及运动学分析 发表时间：2017-03-16T14:57:02.420Z 来源：《科技中国》2017年1期作者：王子鸣[导读] 本文对该机构进行了运动学分析，并使用MATLAB对机构进行了轨迹规划仿真。 （宜昌市葛洲坝中学湖北宜昌 443002） 摘要：下肢运动功能障碍患者为数众多，常规的康复训练高度依赖理疗师，成本昂贵，常人难以承受。下肢外骨骼康复机器人能有效解决这一社会问题。本文设计了一个单腿两自由度主动驱动的下肢外骨骼康复机器人。采用两个直线驱动器分别驱动髋关节和膝关节的运动，直线驱动器末端安装有力传感器，通过时时检测人-机作用力实现机器人的柔顺控制。本文对该机构进行了运动学分析，并使用MATLAB对机构进行了轨迹规划仿真。仿真结果表明该下肢外骨骼康复机器人具备辅助病人的能力。关键词：下肢外骨骼，柔顺控制，轨迹规划 0 引言 随着人口老龄化的发展，脑卒中，骨关节炎等老龄化疾病患者数量逐渐增加。这类患者往往患有各种致残的疾病，丧失正常的运动能力[1]。在这样的时代背景下，未来社会对康复医疗的需求将越来越迫切。下肢外骨骼机器人将为解决这一社会问题发挥重要的作用。 近年来，国内外众多研究机构对康复机器人开展了深入的研究。在台架式下肢外骨骼康复机器人研究方面，瑞士HOCOMA公司和瑞士苏黎世联邦理工大学共同研制的Lokomat外骨骼康复机器人，它髋关节和膝关节各采用一个直线电机进行驱动，单腿具有两个自由度，双腿四个自由度。该机器人在轨迹控制的基础上采用了阻抗控制的方式，具有很好的实用性和用户体验[2-4]。哥伦比亚大学研发的ALEX，除了单腿的四个自由度之外，骨盆上还具有四个自由度，机器人总共具有十二个自由度，它将电机放在下肢外骨骼后方,采用带轮等实现电机远端驱动，有效地降低了机器人运动部件的惯量，该机器人采取将切向力和法向力作用在患者的踝关节的方式,切向力帮助患者按照轨迹移动,法向力用于调整踝关节轨迹的法向运动阻碍[5]。荷兰屯特大学研发的LOPES，该机器人采用绳驱动的方式，单腿有四个自由度，除了髋关节和膝关节在矢状面上的各一个旋转自由度外，还增加了骨盆的移动和髋关节的内收外展运动。该机器人同时具有两种不同的控制模式，分别为机器人主动和患者主动，充分考虑到了不同人的行走能力，能根据患者的实际需要提供必要的辅助[6]. 瑞士洛桑理工大学研制的WalkTrainer，它髋关节，膝关节，踝关节各一个自由度，单腿具有3个自由度，同时骨盆具有6个自由度，机器人总共有12个自由度。该机器人采用了肌肉电刺激的物理疗法，同时通过腿部外骨骼上的力传感器，实现了人-机的闭环控制[7]。国内上海璟和研制的Flexbot机器人实现了多体位的康复训练，病情严重的病人在康复训练初期可以躺着进行康复训练，待恢复得较好时，可以选择站立式训练[8]。 此外，在独立式下肢康复外骨骼方面，以色列的Rewalk[9], 美国的EKSO[10]，日本的HAL[11]等都是下肢康复机器人中的杰出代表。国内的电子科技大学研制的外骨骼机器人[12]，北航研制的“大艾’外骨骼机器人[13]也取得了可喜的成绩。 与传统的工业机器人相比，康复机器人的一个突出特点是与人的交互十分频繁。安全性，舒适性，以及适应各种不同的工作环境是康复机器人需要考虑的重要问题。相反，工业机器人所需的高精度，高速度等特性在这里要求并不高。因此，设计出具有柔顺性的下肢外骨骼康复机器人具有重要的意义。 本文将就设计出一套下肢外骨骼康复机器人展开论述。首先，将根据人体下肢结构进行机器人的机械机构设计，接着进行机构的运动学分析，并使用MATLAB软件对该机构进行仿真。仿真结果表明该机器人具有协助病人进行康复运动训练的能力。 1 机构模型 1.1机构模型设计 人体结构模型是设计下肢外骨骼康复机器人基础。因此，我们先对人体下肢进行分析。人体下肢主要有三个关节，分别是髋关节，膝关节，踝关节。髋关节主要有髋臼和股骨组成，在运动时，股骨绕着髋臼运动，是一个球窝关节。膝关节连接了股骨和胫骨，踝关节主要由胫骨和腓骨下端的关节面与距骨滑车构成[14]。人体行走过程中，矢状面上的运动占主导地位。为了机构的简化，我们仅考虑下肢在矢状面上的运动，并把髋、膝、踝关节都简化为铰链关节。 该下肢外骨骼康复机器人为台架式下肢外骨骼机器人，上方的支架与台架相连接。髋关节与膝关节之间的连杆与大腿绑定，膝关节与踝关节之间的连杆与小腿绑定。直线驱动器由直流电机，同步带，滚珠丝杠，以及末端的力传感器组成。同步带，滚珠丝杠等机构把直流电机的转动转化为直线运动。力传感器能够实时检测到直线驱动器的推力，当推力过大时，直线驱动器减慢速度或者停止运动甚至向反方向运动，力传感器的加入增加了康复机器人的柔顺性，避免了机器人对人的伤害。该机构中髋关节和膝关节由两个直线电机主动驱动，踝关节为被动运动。为了能够适应不同人的腿长，设计了长度调节机构。该调节机构为在调节机构上下部之间都加工出一系列出通孔，上下两部分通过螺栓连接。通过调节机构下部分与上部分在不同位置连接，可以改变机构的长度。 1.2机构参数 人体正常步行过程中，髋关节最大屈曲约30°，最大伸展约20°，膝关节最大屈曲约为65°、最大伸展为0°。踝关节最大背屈约为30°，最大跖屈约为50°[14].我们设计的该机构的适应人体身高为150mm-190mm.根据这个数据，经过运动学解算，我们选择直线驱动器的工作行程范围如表1所示。
人体外骨骼发展现状
1 绪论 1.1 研究背景与意义 在急速发展的现代社会，人们通常都会使用轮式交通工具运载沉重物体，但在实际生活中，有许多地方道路凹凸不平，轮式交通工具难以行进，由于人腿能适应较复杂路况的优点，使得行走助力装置应运而生[1]。它是一种可以辅助人们行走的人机系统，它将人和两足步行机器人结合在一起，利用人的智能来控制机器人的行走，简化了自主行走式两机器人最为常见的步态规划和步态稳定性问题，同时它又可以提供动力协助人的行走，增强人们行走的能力和速度，缓解人在大负重和长时间行走情况下极易出现的疲劳感，大大扩大人们的运动范围，故可用于军事、科考、旅游、交通等各方面，具有广泛的应用前景。在一些交通已经过于拥堵的城市，下肢步行外骨骼还可以作为一种新型的轻型环保交通工具，可以大大减少城市汽车流量，降低市区的堵车情况，减少城市的汽车尾气污染，减缓城市的停车压力，同时使用者还可以达到锻炼身体的目的[2]。 目前，行走助力装置主要应用于两方面：（1）用于负重、长距离行走时进行助力（2）用于老年人或下肢瘫痪者行走时进行助力。行走助力装置的发展借鉴了腿式机器人、仿人机器人的技术和经验，又在结构、控制能力等方面做了深入的研究，经过不断的努力，现已开发出几类行走助力装置，并对相关技术做了深入的探讨，取得了一定的成果。 随着社会的发展和生活水平的提高，人们对医疗水平的期望值也越来越高。而医疗水平的提高自然依仗医疗器械的更新和改善。对于下肢受伤或有关节肌肉病患的病人来说，克服伤病需要借助适当的医疗器械帮助下肢逐渐恢复正常机能。本文所介绍的正是出于此种目的，由多缸并联的气动步行助力器。 1.2 国际上下肢外骨骼的研究现状 1.2.1 德国奥托博克(ottobock)的C-LEG智能仿生腿 德国OTTOBOCK公司的最新产品智能仿生腿（C-LEG）是世界上第一个完全由电脑控制步态的假肢膝关节系统，能使配戴者稳定牢固的控制下肢运动。智能仿生腿有两个电子传感器：一个位于小腿管中，分别测取脚跟踏地和脚前掌的压力，为假肢支撑期的稳定性控制提供信息。一个位于膝关节的支撑框架中，测量膝关节屈度和膝关节摆动速度的变化，为假肢摆动后期的活动性控制提供信息。这两个传感器可将假肢的运动状态以每秒50次的采样频率向电脑提供测定值。微处理器可以瞬间识别使用者的假肢状态。同时，微处理器将所得信号进行加工处理，通过伺服电机控制膝关节液压系统。整个反馈过程是真正意义因人而宜的调整。完全个性化的分析，服务，为患者提供更多的舒适性，活动性和生活乐趣。
《正常人体学基础》教案
《正常人体学基础》教案 编写人：李婧 基本教材：正常人体学基础（主编：刘英林人民卫生出版社 2001） 主要参考书：1、系统解剖学. 柏树令. 第5版. 北京.人民卫生出版社.2000 2、组织胚胎学刘贤钊第三版北京.人民卫生出版社.2000 3、生理学刘玲爱第五版北京.人民卫生出版社.2003 授课班级：2007级医学检验技术10班 授课时间：2007－2008第一学年第二学期 教学方法：课堂理论教授、实验教学
第一章绪论 一、课堂安排：人体学绪论部分讲述两节课。 二、教学要求： 1.了解人体学的定义，分科及其在医学中的地位 2.了解人体器官的组成和系统的划分 3.掌握人体学的常用的方位、术语 4. 详述生命活动的基本特征（新陈代谢兴奋性生殖）及相关概念（兴奋性、刺激、反应、兴奋、抑制、阈值）。 5.熟悉内环境的概念 6.熟悉人体功能活动的调节方式、过程、特点 三、教学内容： 第1节正常人体学的定义和范围
一、正常人体学的定义与医学的关系和任务 二、正常人体学的学习方法 第2节人体的组成 一、人体的组成 二、解剖学姿势及方位术语 第3节生命活动的基本特征 一、生命基本物质 二、新陈代谢 三、兴奋性 第4节机体与环境 一、机体内环境与稳态 二、机体对环境的适应 第5节人体功能的调节 一、人体功能调节的方式 二、人体功能调节的反馈作用 四、课后作业： 1、正常人体学包括哪几门学科？ 2、说出人体的基本组成，人体的分部。 3、生命活动的基本特征是什么？最基本的特征是什么？ 4、解释：人体学、内脏、新陈代谢、兴奋性、阈值 5、什么是解剖学姿势？与立正姿势的区别是什么？ 6、人体功能的调节方式有哪些？各有何特点？ 7、说出兴奋性与阈值的关系。 五、课后小结： 第一堂课，主要是给学生介绍这门课的特点及课堂教法，这门课的安排，使学生对此有初步的了解，根据课堂观察，重点重复学生反应有点犹豫的地方，比如：兴奋性，阈值，及兴奋性和阈值的关系，通过图示――及板图，重复讲述，效果很好。 第二章细胞 第一次课第一节细胞的结构第三节细胞增殖 一、教学要求: 1、掌握细胞膜、各种细胞器及细胞核的结构和功能。 2、理解细胞形态、结构与其功能的关系，细胞周期中各阶段的主要特点。 二、课前提问： 提问整个第一章的主要内容，将第一章串讲一次，语速放慢，便于给学生思维的机会，也便于发现问题。巩固了上一次所学内容，尤其是解剖学姿势、方位和术语很重要，这叫磨刀不误砍柴功。绪论的知识基本没有问题，学生理解掌握较好。