人体下肢外骨骼机理分析
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（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.doczj.com/doc/5917722229.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。
2.1国外研究背景
（1）通用电气公司的可佩戴单兵装备1960 年通用电气公司最早研制出一款可佩戴的单兵装备Hardiman-（1Human Augmentation Research and Development Investigation）。此项研究的首要目的是缓解士兵长距离负重行军引起的疲劳，它体积巨大、重约680kg，采用主-从控制模式，非常不稳定、对操作员不安全且只能代替人的一只手。它是用液压作为动力来实现助力的。
图2-1 通用电气的Hardiman机器人
Fig.2-1 Hardiman robot of General electric
（2）MIT 军用外骨骼机器人
麻省理工学院从1978 年开始，从事外骨骼机器人项目的研究。目前，在五角大楼“增强人体机能的外骨骼”计划框架内，在完全(包括腿和手)的、可帮助举重若轻、健步如飞、可携载更多弹药和更重武器装备的军用外骨骼机器人研制方面，进展比较缓慢，不过，单个外骨骼机器人组件方面的研究还是有所进展。在控制上，通过控制类被动的外骨骼，分析人体行走过程中的动力学与运动学参数变化，调节外骨骼的弹簧与阻尼系数，达到助力的目的。实验结果表明，该装置能成功地支撑36kg 的负载保持1m/s 的速度行走，在单腿摆动过程中，能把80%的负载传递在地面上。
图2-2 1978年MIT研制的外骨骼机
器人
Fig.2-2 The exoskeletons robot
researched by MIT in 1978
（3）美国的 DARPA 的 EHPA 研究项目美国“国防远景研究计划署”在2000 年从事“增强人体机能的外骨骼”（Exoskeleton for Human PerformanceAugmentation, EHPA）的研究与开发，计划研制一种机器骨骼，提高士兵在军事作战方面的能力。在五角大楼国防高级研究计划局的资助下，从事外骨骼机器人研制的单位主要有加利福尼亚大学伯克利分校机器人和人体工程实验室、OakRidge 国家实验室、盐湖城人体机能研究所、Millennium Jet 公司、SARCOS 公司等。其中，加州大学伯克利分校率先在2004年研制成一种能使人长距离轻松搬运重物或背重物上楼梯的机械服装—助力机械服装BLEEX （Berkeley Lower Extremity Exoskeleton）。这种装置由背包式外架、金属腿及相应动力设备组成，使用背包中的液压传动系统和箱式微型控速传感仪作为液压泵的能量来源。这项计划目的在于，研制能使带有全副武装的士兵增加负重和提高行军速度的外骨架，以全面增强人体机能。其主干部分是一对合成金属制成的不锈钢机械腿，
在携带者的臀部
装有一台小型发动机，提供行走所需动力。臀部后方延伸出一个精致的折叠式小钢架，方便士兵把军用背包、武器等物品背负于身后。机械腿的下端连着一双经过专家改进的美军制式陆战靴，使用BLEEX 的人要穿上专门的高帮皮鞋，然后将皮鞋扣紧在机械服装的裤脚上。不需要控制算法训练，蹲着的时候服装便会倾斜和翻转，这套系统设计得非常巧妙。整个仿生机械腿上看不到操纵杆和键盘，也没有开关。一旦安装在携带者腿上，仿生机械腿与人体组成了一个协调而且完美的整体。
图2-3 伯克利下肢末端外骨骼
Fig.2-3 The end of the Berkeley Lower
Extremity Exoskeleton
（4）日本筑波(Tsukuba)大学的 HAL 系列下肢外骨骼
日本筑波大学Cybernics 实验室的科学家和工程师们，研制出了世界上第一种商业外骨骼机器人(HybridAssistive Leg，HAL)[6-12]，准确地说，是自动化机器人腿：混合辅助腿。这种装置能帮助人们以每小时
4 公里的速度行走，毫不费力地爬楼梯，HAL 机器腿的运动完全由使用者通过自动控制器来控制，不需要任何操纵台或外部控制设备。HAL 由背囊、内装计算机和电池的一组感应控制设备、4 个电传装置(对应分布在髋关节和膝关节两侧)组成。这种帮助人行走的外骨骼动力辅助系统，配备较多的传感器，如角辨向器、肌电传感器、地面接触力传感器等，所有动力驱动、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设备都装在背包中，
电池挂在腰部，是一
个可佩戴的混合控制
系统，根据生理反馈
和前馈原理研制的动
力辅助控制器可以调
整人的姿态，使其感
到舒适。HAL 机器人
是一种“穿”在人身
上的特殊构架，固定
在皮带上的微型计算
机根据皮肤电脉冲收
集有关肌肉活动的信
息，然后借助于伺服
电动机加强动作，以
此降低肌肉的负荷，
从而帮助工人和体力
活动受限制者。2005
年，经改良后代号为“HAL-5”在爱知世博会上首次亮相，其重量约15 公斤，电池供电，一次充电可工作两个小时和更多时间（取决于负载大小）。同样通过肌电信号在皮肤表面的变化中探测到肌肉的运动，然后将运动的力量放大。借助这种机器装置的帮助，一个弱不禁风的小女子也能提起几十公斤的重物。与HAL-3 不同之外在于HAL-5 增加了上肢支持系统。
图 2-4 HAL 外骨骼机器人 Fig.2-4 HAL exoskeletons robot
2.2国内研究背景
（1）浙江大学可穿戴式下肢外骨骼研究
浙江大学流体与传动控制国家重点实验室采用气动系统设计了一套用于增强人体步行的可穿戴式下肢外骨骼，采用基于自适应模糊神经网络(ANFIS)控制理论，开展了下肢外骨骼的人机耦合控制策略研究，并且在上述理论研究的基础上，开发出了一套下肢步行外骨骼的原型试验系统。
图 2-5 浙江大学的可穿戴式下肢外骨骼Fig.2-5 Wearable lower extremity exoskeleton
of Zhejiang university
(2) 中科院合肥智能所可穿戴型助力机器人（WPAR ）
自 2004 年起，合肥智能所机器人传感实验室致力于开展可穿戴智能助力机器人的研究，在
国家自然科学基金项目“可穿戴型智能助力机器人技术研究”（No.60575054）与国家 863 计划“可穿戴型助老助残机器人示范平台”（No.2006AA040204）的资助下，采用理论研究、仿真分析、模型试验研究相结合的方法，对可穿戴步行助力机器人的构型、感知和控制方法等进行了分析，取得了一定的研究成果，并研制出一款可穿戴型步行助力机器人原型样机，可为使用者提供额外动力，帮助使用者扩展其下肢运动能力。人体上肢、腰部的可穿戴式助力装置研究也在进行之中。
图 2-6 智能所研制可穿戴助力机器人
Fig.2-6 Wearable power robot developed
by Intelligence have
此外，北京理工大学和天津大学在气动人工肌肉方面也取得了一定的成果。
3人体下肢外骨骼工作机理（working mechanism of the lower extremity exoskeleton）
3.1 工作原理
装备下肢外骨骼的人员在此机构的帮助下
能够轻松实现负重长途行军，跋涉于车辆不易行驶的路面，完成侦察、作战等任务。外骨骼与操作员人机合一，人提供智慧，外骨骼提供承载能力，即所谓的“人在回路中”，充分发挥人与机器各自的优势。外骨骼全身布置了传感器，通过安装在各部位的传感器获得各项数据（包括各种能量及角度以及扭矩等）并传递到中央控制处理器，中央控制处理器经过计算来调整外骨骼的动作，通过
驱动装置使其完成与士兵相同的一系列下
肢动作。下肢外骨骼工作原理如图3-1 所示。
图3-1 外骨骼工作原理图
Fig.3-1 Working principle diagram of
exoskeletons
3.2 下肢外骨骼组成
下肢外骨骼组成及概念图如图3-2所示。其机械结构由与人类同步行走的两条金属
的腿、将重力传递到地面的脚、能够实现转身动作的腰部以及放置重物的后背托架四
部分组成，其中包括传感、动力输出装置及执行元件、控制系统以及能源系统等都是实现外骨骼与士兵共同完成负重行军任务所
不可缺少的。
图3-2 外骨骼概念图
Fig.3-2 Exoskeletons concept map
4人体行走机理分析（The human body walk mechanism analysis）
人机一体化的下肢外骨骼与人同步行走，产生与穿着者相同幅度的动作，因此，对于下肢外骨骼的研究就必须从对人的步
态研究开始。
4.1人类骨、关节特点及自由度分析
了解人的步态，首先要了解人的下肢骨结构特点及骨关节的运动。通过分析人的下肢骨结构，可知髋关节为球状关节，股骨头和髋臼具有朝各个方面活动能力，从形状来看该关节是个典型的球窝关节，其运动本该相当灵活，但由于它要支持上身体重，所以要求该关节相应牢固。膝关节为滑车—椭圆关节，是人体中最复杂的一个关节。踝关节是滑车关节。人体下肢骨通过关节、韧带等连结在一起，才使人能够实现灵活、高效、稳定的步行。图4-1出示了人体下肢实现的动作。
图4-1 人类下肢实现动作
Fig.4-1 Human lower limb's movement
外骨骼与人并联同步行走，从仿生学的角度出发，依据人类下肢自由度为下肢外骨骼设计自由度。髋关节三个自由度，分别实现身体的弯曲/直立，左右的转身，以及大腿的外展/内收。膝关节设置一个自由度，实现小腿与大腿间的弯曲运动，忽略小腿屈曲后的微小的旋转运动。外骨骼踝关节处可设置三个自由度，分别实现脚围绕踝关节的上下转动，外展/内收以及旋转运动。下肢外骨骼每条腿有七个自由度，加之脚上的一个自由度共八个自由度。图3-4 出示了下肢外骨骼理想自由度配置。
图4-2 下肢理想自由度
Fig.4-2 Lower limb ideal freedom
4.2 人类步态及稳定性分析
双足行走具有不稳定性，但是人类却能灵活而稳定地行走，研究人类步行特点从而找出双足步行实现稳定行走的条件，这对研究双足步行机械是必要的一步。前人对此做了大量的研究。
步态是指在运动过程中，步行者肢体的协调关系。我们总能看到，人行走、跑时双腿交替迈步，支撑点在双足间也交替轮换，上身及上肢会左右摇摆以保持平衡。图4-3、图4-4分别为人类行走、跑的步态。从理论上讲，为了保证双足步行稳定，必须满足南斯拉夫麦沃曼尔.伍科布拉托维奇提出的双足
稳定步行理论，他指出：为了保持双足步行的身体平衡,必须保证所承受的所有外力之
合力的作用线通过支撑足,并处在支撑足与
地面接触的区域内。亦即当ZMP 点落在脚
板支撑范围之内时，人运动是稳定的。因此可以利用ZMP点来衡量双足行走的稳定性。公式(1)、(2)描述了ZMP 点计算方法。
图4-3人类行走步态
Fig.4-3 Human walking gait
图4-4 人类跑步态示意图
Fig.4-4 Human run gait schemes
5结构分析、设计（The structure analysis and design）
由前面对人体骨、关节以及运动的分析，由此确定了外骨骼自由度，从而为其结构设计打下了基础。
根据下肢外骨骼适应的条件和对它的
要求，设计人体下肢外骨骼。髋关节和膝关节设置驱动以使大腿、小腿抬起实现迈步。为了简化设计与制造，髋部三个自由度分别设置在不同位置，例如外展/内收的关节设
在了后背部。膝关节只有一个自由度，在设计时要考虑到外骨骼膝关节转动的角度范围。踝关节处需要有驱动器，完成脚的曲/
伸运动。踝关节自由度分别为屈/伸轴通过
人的踝关节轴，外展/内收和旋转轴设计在
脚底处，虽然设计在不同的位置但能达到相同的目的。由于踝关节的外展/内收运动同
髋关节在垂直轴上的旋转需要很小的力，
所
以都不施加驱动，在设计时要考虑设置有合适的阻抗。后背架设置有计算机和用于放置计算机等设备的能量装置托架。后背架通过液压驱动装置与髋关节的外展/内收关节相连，驱动髋关节的外展/内收运动。采用线性驱动装置对各关节施加驱动力，不但起到施加动力的作用，还对各关节起到了一定的缓冲作用，避免关节受到强大振动力的冲击。
操作人员穿的马夹穿过外骨骼从而使得二者相连，在人体与外骨骼接触处辅加以弹性塑料，以增加人的舒适度。
根据以上的分析与研究，初步设定下肢外骨骼自由度的实现方法如图5-1所示，总体结构如图5-2所示。各部分结构设计简图如图5-3 所示。
图5-1 下肢外骨骼自由度确定 Fig.5-1 Freedom of lower extremity
exoskeleton
图5-2 下肢外骨骼总体结构 Fig.5-2 General structure of lower extremity exoskeleton
图5-3 下肢外骨骼腰部结构简图 Fig.5-3 Waist structure diagram of lower
extremity exoskeleton
6结论（Conclusion ）
人机一体化的人体下肢外骨骼能大大提高人类的承载能力，它不论在军事、民用方面都有广泛的应用范围和前景。本文从分析人类下肢关节的结构特点、人类的步态及下肢自由度入手，结合下肢外骨骼实现的功能、工作原理、结构组成，设计了其结构。欧美国家在该方面的研究已经有了相当的成果，并成功应用在了军事作战、医疗救助、抢险救灾等多行业各领域，而相对于欧美日本等发达国家，
我国在人体下肢外骨骼方面
的研究起步较晚，基础较薄弱，技术较弱后，而人体下肢外骨骼机器人在各行各业中的
应用将越来越广泛，尤其是应用于军事用途后，将会让整体的军事实力有很大提升。因此展望下未来，我们国家应该多立项，加紧在这方面的投入，争取早日赶超欧美等发达国家，早日研制成功应用在各行各业包括军事用途的人体外骨骼机器人。
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人体运动学重点整理 第一章人体运动学总论 一、名词解释 1、人体运动学:就是研究人体活动科学的领域,就是通过位置、速度、加速度等物理量描述与 研究人体与器械的位置岁时间变化的规律活在运动过程中所经过的轨迹,而不考虑人体与器械运动状态改变的原因。 2、刚体:就是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体,它有一定形状、占据空 间一定位置,就是由实际物体抽象出来的力学简化模型。在运动生物力学中,把人体瞧作就是一个多刚体系统。运动形式有平动、转动与复合运动。 3、复合运动:人体的绝大部分运动包括平动与转动,两者结合的运动称为复合运动。 4、力偶:两个大小相等、方向相反、作用线互相平行,但不在同一条直线上的一对力。 5、人体运动的始发姿势:身体直立,面向前,双目平视,双足并立,足尖向前,双上肢下 垂于体侧,掌心贴于体侧。 6、第三类杠杆:其力点在阻力点与支点的中间,如使用镊子,又称速度杠杆。此类杠杆因 为力臂始终小于阻力臂,动力必须大于阻力才能引起运动,但可使阻力点获得较大的运动速度与幅度。 7、非惯性参考系:把相对于地球做变速运动的物体作为参考系标准的参考系叫非惯性参考 系,又称动参考系或动系。 8、角速度:人体或肢体在单位时间内转过的角度,就是人体转动的时空物理量。 9、人体关节的运动形式: (1)屈曲(flexion)、伸展(extension):主要就是以横轴为中心,在矢状面上的运动。 (2)内收(adduction)、外展(abduction):主要就是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。 (3)内旋(internal rotation)、外旋(external rotation):主要就是以纵轴为中心,在水平 面上的运动。 (4)其她:旋前(pronation)、旋后(supernation)、内翻(inversion)、外翻(eversion)。 二、单选题 【相关概念】 ·第一类杠杆:又称平衡杠杆,其支点位于力点与阻力点中间,如天平与跷跷板等。主要作 用就是传递动力与保持平衡,它即产生力又产生速度。
人体运动学：是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过得过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。 功能解剖学：研究运动器官的结构是如何适应其生理动能的学科。 生物力学：研究生物体机械运动的规律，以及力与生物体的运动、生理、病理、之间关系的学科。 运动生物力学：研究运动中人体和器械运动力学规律的学科。 应力：指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示，（N/cm2）刚体：是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体，他有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。 力矩：是力对物体转动作用的量度，是力和力臂的乘积。 阻力点：阻力杠杆上的作用点，是指运动阶段的重点、运动器械的重力、摩擦力或弹力以及拮抗肌的张力，韧带、筋膜的抗牵张力等造成的阻力。他们在一个杠杆系统中的阻力作用点只有一个，即全部阻力的合力作用点为唯一的阻力点。 力偶：通常把两个大小相等、方向相反、作用线互相平行，但不在同一条直线上的一对力称为力偶。 梅脱：能量代谢当量。每公斤体重从事1分钟活动，消耗3.5毫升的氧，其运动强度为1MET 第三类杠杆：其力点在阻力点和支点的中间，又称速度杠杆。 人体的始发姿势：身体直立，面向前，双目平视，双足并立，足尖向前，双下肢下垂于体侧，掌心贴于体侧。 心脏的功能能力：指机体在尽力活动时达到的最大MET值。或者，在有氧范围内机体所能完成的最大强度活动的最大MET值。或者，心脏功能容量/体力功能容量，指体力活动的能力。健康人，心脏的功能能量相当于最大吸氧量相应的MET值。 稳定角：是中心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。是影响人体平衡稳定性的力学因素。 稳定系数：为倾倒力开始作用时稳定力矩与倾倒力矩的比值。 复合运动：人体的绝大部分运动包括平动和转动，两者结合的运动称为复合运动。转动惯量：物体的转动惯量是物体转动惯性的大小。 惯性参考系：把相对于地球静止的物体或相对与地球做匀速直线运动的物体作为参考标准的 参考系叫做惯性参考系。 Gou软骨：是幼年时期位于骨干gou端处的软骨，参与骨的生长。成年后。Gou软骨板骨化后遗留成骨垢线，骨的生长也随之停止。 骨单位：是骨密质的基本结构单位。位于骨内、外环骨板之间，是骨干骨密质的主体。从骨单位的横断面可以看到同心平行分布的骨板，成为不同直径的、一层套一层的封闭的圆柱。 骨松质：分布于长骨的骨gou,和骨干的内侧面。由数层排列的骨板和骨细胞构成大量针状或片状骨小梁，并相互连接成多孔隙网架结构，网孔即骨髓腔，其中充满红骨髓。 骨密质：由有机质和无机质构成。 骨组织：由大量钙化的细胞间质（骨基质）和细胞构成 成骨细胞：位于成骨活跃的骨组织表面或紧紧包靠在临近成骨细胞上。常成层排列，胞体呈立方形或矮柱状。 破骨细胞：常位于骨组织表面。是一种多核的大细胞，直径100um，含有2—50个核。 骨细胞：单个分布于骨板内或骨板间，胞体较小，呈扁椭圆形，有许多细长突起，胞质弱嗜碱性。 骨钙化：主要指在成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（有机基质）后，在一定的条件下，无机盐有序地沉积于有机质内的过程。 骨强度：指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力，是衡量骨承载能力的指标之一。 骨应力—应变曲线;表示应力和应变之间的关系的曲线。分弹性变形区和塑性变形区。 拉伸载荷：股的两端受到一对大小相等、方向相反沿轴线的载荷。 骨的各向异性：骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料，这种材料称为各向异形体，因其不同方向的力学性质不同，称各向异性。 应力性骨折：指骨长期承受反复负荷后发 生微损伤而逐渐形成的骨折。他是由于损 伤的不断积聚，超过机体修复能力，继而 产生的骨折。 股外表再造：骨外表形状的改变称为外表 再造，是骨适应其承载而做出的适应性变 化，可以表现为骨最优化的形状。 1运动学中的坐标系是三维的。有三个面： 水平面（与地面平行的面，把人体分为上 下两部分），额妆面（与身体前或后平行 的面，分成前后两部分），矢状面（与身 体侧面平行的面，分为左右两部分）。每 两个面交出的面称为轴，也有三个：横轴 （与地面平行且与额妆面平行的轴）、纵 轴（额妆面与矢状面相交叉形成、上下贯 穿人体正中的轴）、矢状轴（与地平面平 行且又与矢状面平行的轴，在水平面前后 贯穿人体） 2何谓骨的载荷和骨的应力？骨应力常有 哪几种？对骨有何生理意义？作用在骨 表面的各种外力，即骨的载荷。当外力作 用于骨时，骨以形变产生内部的阻抗力以 抗衡外力，即是骨产生的应力。应力的大 小等于作用于骨截面上的外力与骨横断 面面积之比，单位为Pascal，即牛顿/平方 米。骨的应力根据作用于骨的力不同而不 同，常见的应力由压应力、拉应力及剪切 力等。应力对骨的改变及在生长和骨的吸 收中起调节作用，应力不足会使骨萎缩， 应力过大也会使骨萎缩。因此，对于骨来 说，存在一个最佳的应力范围 肌力：又称最大力量是肌收缩时所表现出 来的能力，以肌最大兴奋时所能负荷的重 量来表示。 肌耐力：又称力量耐力，是指肌在一定负 荷条件下保持收缩或持续重复收缩的能 力，反映肌持续工作的能力，体现肌对抗 疲劳的水平。 向心运动：也称向心收缩是指肌收缩时， 肌的长度缩短，两端附着点互相靠近。 离心运动：也称离心收缩是指肌收缩时肌 力低于阻力，使原先缩短的肌被动延长。 主动肌：直接完成动作的肌群称为原动 机，其中起主要作用者称为主动机。 运动单位：肌收缩必须有完好的神经支 配，一个前角细胞，它的轴突和轴突分支， 以及它们所支配的肌纤维群，合起来称为 运动单位。 肌的生理横断面：肌由肌纤维组成，每条 肌纤维的横断面总和称为肌的生理横断 面。 爆发力：是指在最短的时间内发挥肌力量 的能力。 拮抗肌：与原动肌作用相反的肌群称为拮 抗肌。 神经适应：由运动引起的神经系统的适应 性变化称为神经适应。 协同动作：多个肌群在一起工作所产生的 合作性动作被称为协同动作。 简述肌的功能。 肌的功能是运动、支撑骨骼、维持姿势、 保护身体和产热。 简述肌力的影响因素。 肌的生理横断面、肌的初长度、肌的募集、 肌纤维走向与肌腱长轴的关系和杠杆效 率。 牵拉—缩短周期的弹性势能增强的机制。 以牵拉—缩短周期肌运动为主的自然运 动，包含主要由离心运动引起的高强度的 力的调节性释放，这种高强度的力有利于 肌-腱复合体中弹性应变能量的贮存，即有 效增加弹性势能，使离心运动后的向心运 动比单纯的向心运动做功更强，也更为有 效。 简述超量恢复原理。 运动和运动后肌经历一个疲劳与恢复过 程，肌疲劳时，其收缩力量、速度和耐力 都会明显下降，同时肌内能源物质、收缩 蛋白和酶蛋白都有所消耗，在休息后的恢 复过程中，上述已消耗物质得到补充、生 理功能逐渐得到恢复，并超过运动前的水 平，这即是肌超量恢复。 简述长期运动训练对肌底物水平的影响。 *糖原：耐力训练引起的肌的适应性改变 是肌静息糖原含量增加。 *三磷酸腺苷和磷酸肌酸：多回合的力量 练习可使三磷酸腺苷和磷酸肌酸储备降 低，这种急性的代谢反应为增加高能磷酸 化合物储备能力提供适应性刺激，长期的 适应性结果则表现为肌静息磷酸盐水平 提高。 *脂质：肌脂质含量无显著不同，即对运 动刺激呈惰性表现。 *肌红蛋白：肌中肌红蛋白对氧的运输起 着重要的作用。尽管慢肌纤维通常比快肌 纤维含有更多的肌红蛋白，但耐力训练不 能促进人体肌中肌红蛋白含量的增加。力 量训练后肌纤维体积虽然增大，但肌中肌 红蛋白含量却相应降低，以适应氧化酶含 量降低的肌环境。 简述运动控制理论和运动控制方式。 根据Horak的运动控制理论“正常运动控 制是指中枢神经系统运用现有及以往的 信息将神经能转化为动能并使之完成有 效的功能活动。”运动控制主要有以下三 种方式。 （1）反射性运动：反射性运动形式固定、 反应迅速不受意识控制。主要在脊髓水平 控制完成。（2）模式化运动：模式化运动 有固定的运动形式、有节奏和连续性的运 动，受意识控制。主观意识主要控制运动 的开始与结束，运动由中枢模式控制器调 控。（3）意向性运动：整个运动过程均受 主观意识控制，是有目的的运动，需通过 运动学习来掌握，随着不断进行运动而趋 于灵活，并获得运动技巧。 简述腰背肌对脊柱稳定及其功能的影响。 肌对脊柱具有保护脊柱稳定和协同脊柱 运动的双重作用，并发挥主动调节功能， 这是调节脊柱平衡的关键要素。相关功能 肌群主要是腰肌和背肌。背肌主要包括浅 层的背阔肌和深层的骶棘肌。腰肌主要包 括腰方肌和腰大肌，此外间接作用于腰脊 部脊柱的肌有：腰前外侧壁肌、臀大肌、 臀中肌、臀小肌、肱二头肌、半腱肌及半 膜肌等。这些肌群的协调配合，以实现脊 柱对身体的支撑，负重、减震、保护和运 动等功能。 简述肌功能障碍的原因。 1.运动损伤 2.疼痛 3.中枢神经损伤 4.外周神经的损伤 简述肌电刺激增强肌力的机制。 肌电刺激后肌的收缩性能增强，呈现显著 的力量增益，肌电刺激作用主要原理如 下： *肌对电刺激的适应性反应：肌电刺激对 肌收缩力的影响受神经因素影响，遵循负 荷大小原则，依此原则肌产生与之适应的 兴奋激发与力量变化，并随负荷的增大， 产生更大的适应性反应。 *激发运动神经元，动员运动单位。 肌电刺激不是直接兴奋肌，而是刺激电流 沿着肌内较易兴奋的神经末梢传导。通过 激发较大运动神经元，动员更多的运动单 位，使肌纤维产生与之适应的反应，肌的 收缩性能增强。 *增强氧化酶和糖原，提高肌耐力。 长时间、低频率的肌电刺激能够引起低等 哺乳动物快肌纤维氧化酶和糖原合成酶 的显著增加，使快肌纤维的退化和萎缩， 并向慢肌纤维的转变；而对慢肌纤维的影 响主要表现为线粒体含量增加。这有利于 提高肌耐力，增强运动个体抗疲劳的能 力。 简述姿势协同动作的运动模式及其平衡 作用。 姿势协同动作通过三种运动模式对付外 力或支持面的变化以维护站立平衡，即踝 关节协同动作模式、髋关节协同动作模式 及跨步动作模式。踝关节协同动作指身体 重心以踝关节为轴心，进行前后转动或摆 动，类似钟摆运动。髋关节运动模式是通 过髋关节屈伸来调整身体重心和保持平 衡。跨步动作模式是通过向作用力方向快 速跨步来重新建立重心的支撑点或站立 支持面以建立新的平衡。当身体重心达到 稳定极限时，为了防止跌倒或失去平衡， 上肢、头和躯干运动以建立反应性平衡。 简述肌组织过度应变与损伤特征。 *肌纤维组织应变与肌运动和关节活动有 关。 *肌—腱连接对应变引起的损伤特别敏 感，并可导致肌—腱连接的生物形态学和 生物化学改变。 *疲劳性的运动中易出现肌应变性损伤。 *强大应力与应力变化易导致肌损伤。 肌腱袖：是由冈上肌、冈下肌、小圆肌和 肩胛下肌所组成的腱性组织，以扁宽的腱 膜牢固的附着于关节囊的外侧肱骨外科 颈，有悬吊肱骨、稳定肱骨头、协助三角 肌外展肩关节的功能。 网球肘：又称肱桡关节滑囊炎、肱骨外上 髁炎、是前臂伸腕肌群的起点部反复受到 牵拉刺激，而引起的一种慢性损伤性疾 病。 Colles骨折：是桡骨远端，距关节面2.5cm 以内的骨折，常伴有远侧骨折端向背侧倾 斜，前倾角度减少或呈负角，典型者伤手 呈银叉畸形。 Dugas征：即搭肩实验阳性正常人肘部贴 近胸部时，手掌可触到健侧肩膀。有肩关 节脱位时患侧上肢屈肘，肘部贴近胸壁 时，手掌不能摸到肩峰，若以手掌触摸肩 峰时，则肘部不能贴近胸壁，是为阳性。 Tinel征：是周围神经外科最重要的诊断 方法之一，指叩击神经损伤或神经损害的 部位或其远侧，而出现其支配皮区的放电 样麻痛感或蚁走感，代表神经再生的水平 或神经损害的部位。 Phalen实验：两臂平举，肘区60度，腕 关节极度掌屈1分钟，患手桡侧手指即可 出现麻木和感觉异常。 鼻烟窝：其近侧为桡骨茎突，桡侧界为拇 长展肌及拇短伸肌腱，尺侧界为拇长伸肌 腱，窝底为手舟骨和大多角骨，其内有桡 动脉通过。 鱼际：由四块运动拇指的肌肉组成，各肌 主要起自屈肌支持带，作用于肌肉的名称 相同。除拇短屈肌由正中神经和尺神经双 重支配，拇收肌由尺神经支配外，其余两 肌均由正中神经支配。这群肌肉可以使拇 指屈曲、内收、外展和对掌运动。 Q角：是股四头肌肌力线和髌韧带力线的 夹角，即从髂前上棘到髌骨中点的连线为 股四头肌肌力线，髌骨中点至胫骨结节最 高点连线为髌韧带力线，两线所形成的夹 角为Q角。 半月板：股骨和胫骨间左右各一块软骨衬 垫，即半月板 鹅足：缝匠肌、股薄肌和半腱肌肌腱的止 点是在胫骨内侧髁稍下方的前内侧面上， 其腱纤维与小腿深筋膜互相交织形成鹅 足 足弓：由7块跗骨、5块跖骨及其关节、 韧带、腱膜组成的向足背突出的弓形骨骼 结构 步态周期的支撑相：指下肢接触地面和承 受重力的时间，占步行周期的60%，支撑 期大部分时间是单足支撑 步态周期的摆动相：指足离开地面向前迈 步再到落地之间的时间 步态周期：行走过程中，从一侧脚跟着地 开始到该脚跟再次着地构成一个步态周 期。 简述肩肱关节的构成、结构特点和运动形 式。 由肩胛骨的关节盂与肱骨头连接而成的 球窝关节，因肱骨头的面积远远地大于关 节盂的面积，且韧带薄弱、关节囊松弛， 故肩肱关节是人体中运动范围最大、最灵 活的关节。关节盂为一上窄下宽的长圆形 凹面，向前下外倾斜，盂面上被覆一层中 心薄、边缘厚的玻璃样软骨，盂缘被纤维 软骨环即关节盂唇所围绕。关节盂唇加深 关节盂凹，有保持关节稳定的功能。 肱骨头为半圆形的关节面，向后、上、内 倾斜，仅以部分的关节面与关节盂接触, 故极不稳定。肱骨大结节朝向外侧，构成 结节间沟的外壁，小结节朝向前侧，成为 结节间沟的内壁。肱二头肌的长健经过结 节间沟，并随着关节活动而上下滑行。 肩关节的主要韧带有喙肩韧带、盂肱韧带 和喙肱韧带 肩部关节的运动比较复杂，各关节既有单 独运动，又有相互间的协同运动，有内收、 外展、前屈、后伸、内外旋转等运动，以 及由这些运动综合而成的环转运动。 简述肩关节运动的主要肌 上提：斜方肌上部、菱形肌、肩胛提肌 下降：斜方肌下部、胸小肌、锁骨下肌(补 充)背阔肌、胸大肌 内收：菱形肌、斜方肌，肩胛提肌 外展：前锯肌、胸小肌(补充)胸大肌 屈曲：三角肌前部、胸大肌锁骨部、(补) 喙肱肌、肱二头肌短头(外旋位) 伸展：三角肌后部、背阔肌、大圆肌、(补) 肱三头肌长头(内旋位) 外展：冈上肌、三角肌中部、(补)肱=头肌 长头(外旋位)、脓三肌长头(内旋位 内收：胸大肌、背阔肌、大圆肌、(补)三 角肌后部 外旋：冈下肌、小圆肌、(补)三角肌后部 内旋：胸大肌、肩胛下肌、大圆肌、背阔 肌、(补)三角肌前部 环转运动：屈伸、内收外展及内外旋的复 合运动。 简述肘关节的构成、结构特点和运动形 式。 肘关节是一个复合关节，由肱尺关节、肱 桡关节、桡尺近侧关节三个单关节，共同 包在一个关节囊内所构成。 肱尺关节：由肱骨滑车与尺骨滑车切迹构 成，属滑车关节，可绕额状轴作屈、伸运 动。 肱桡关节：由肱骨小头与桡骨头关节凹构 成，是球窝关节，可作屈、伸运动和回旋 运动。因受肱尺关节的制约，其外展、内 收运动不能进行。 桡尺近侧关节：由桡骨环状关节面与尺骨 的桡切迹构成，为圆柱形关节,只能作旋 内、旋外运动。 有关韧带有尺侧副韧带、桡侧副韧带、桡 骨环状韧带等。 主要运动形式有屈伸、其次是桡尺近侧关 节与桡尺远侧关节联合运动，完成前臂的 旋内、旋外运动。 精品文档
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.doczj.com/doc/5917722229.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。
人体运动学考试重点 第一章总论 1、人体动力学概念(8)：是运用力学的原理与方法研究人体在运动状态下各器官系统形态结 构与功能活动变化规律及其影响的一门学科。是多门学科之间相互交叉与渗透的科学。 是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。 2、人体重心：人体重心一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7cm处。由于性别、年龄、 体型不同，人体重心略有不同。一般男子中心比女子高，自然站立时，男子重心高度大约是身高的56%，女子大约是身高的55%，这是因为女子骨盆较大的原因。 3、人体解剖参考轴与面(14)： 轴：冠状横轴，垂直纵轴，矢状轴 面：水平面，与地面平行，把人体分成上下两部分 冠状面，把人体分成前后两部分 矢状面，把人体分成左右两部分 4、人体关节的运动形式（15）： 屈曲与伸展，主要以横轴为中心，在矢状面上的运动 内收与外展，主要以矢状轴为中心，在冠状面上的运动 内旋与外旋，主要以纵轴为中心，在水平面上的运动 （前臂和小腿有旋前和旋后运动，足踝部还有内翻和外翻运动） 6、杠杆的分类（17）：三类 第1类杠杆，又称平衡杠杆，支点位于力点和阻力点中间 第2类杠杆，又称省力杠杆，其阻力点在力点和支点的中间，可用较小的力来克服较大的阻力 第3类杠杆，又称速度杠杆，力点在阻力点和支点之间，如使用镊子 第二章骨骼肌肉系统运动学 *第一节骨运动学 1、骨运动学概念（22）： 正常成年人人体共有206块骨 2、骨的功能（27）：（疑问答题） 1）力学功能 a 支撑功能，骨是全身最坚硬的组织，对肢体起着支撑作用，并负荷身体自身的重 量及附加的重量，如脊柱、四肢 b 杠杆功能，运动系统的各种机械运动都是在神经系统的支配下，通过骨骼肌的收 缩、牵拉骨围绕关节产生的。骨在运动中发挥着杠杆功能和承重作用 c 保护功能，某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙来保护内在组织和器 官，如颅腔保护脑 2）生理学功能 a 钙磷储存功能与物质代谢功能 b 造血功能和免疫功能 第二节*肌肉运动学
第二章正常人体运动学第一部 分 单项选择 题1、关于椎骨的描述不正确的时（E） A 由椎体、椎弓、突起三部分组成 B 椎体和椎弓围成椎间 孔C椎间孔内容纳脊髓 D 椎体和 椎弓发出 7 个突起E所有椎骨相连，椎孔形成椎管 2、上肢骨的体表标志不包括 （ B） A 肱骨内上髁和外上髁 B 喙突C 桡骨和尺骨茎 突 D 鹰嘴E 肩胛骨上角和下 角 3、关于肘关节描述正确的是 （ B） A 包括肱尺、肱桡、桡 尺远端3 个关节 B 3 个关节包在一个关节囊 内 C 关节囊的两侧最薄 弱 D 可沿矢状轴做屈 伸运动 E 伸肘时肱骨内外上髁与尺骨鹰嘴三点连成等腰三角形4、提肋的肌不包括（ B） A 胸大肌 B 肋间内肌 C 肋间外肌 D 前斜角肌 E 中斜角肌 5、下列属于长骨的是 （ D） A 肋骨 B 胸骨 C 跟骨 D 趾骨 E 鼻骨6、胸骨角平对 （ C） A 第一肋软骨 B 第三肋软骨 C 第二肋软骨 D 第 四肋软骨E 第五肋软 骨 7、下列各项中协助围成椎管的韧带 是（C） A 棘上韧带 B 前纵韧带 C 黄韧带 D 棘间韧带 E 后纵韧带8、血中氧分压降低导致呼 吸加强的原因是直接兴奋 （C）A 延髓呼吸中 枢 B 呼吸调整中枢 C 外 周化学感应器 D 中枢化学感应器E 肺牵张感应 器 9、关于端脑内部结构的描述， 正 确的是（ B）A 大脑半球表面有白质覆 盖 . B 大脑纵裂的底为连接两半球宽厚的骈 底体 C 基底神经核位于底丘脑 D 端脑内腔为第三脑室 E 以上都不是10、可兴奋细胞发生兴奋 时的共同表现是产生（D） A 收缩活动B 分泌活 动 C 静息电位 D 动作电位 E 局部电位 11、支配肱二头肌的是神经是（B） A 腋神经B 肌皮神 经 C 桡神经 D 尺神经 E 正中神 经 12、支配咀嚼肌的神经是 （C） A 面神经 B 上 颌神经C 下颌神 经 D 舌下神经 E 舌咽神经13、臀大肌可使髋关节（B） A 前屈 B 旋 外 C 旋 内 D 外展 E 内收14、既能跖屈又能 使足内翻的肌 是（ B）A 胫骨前 肌 B 胫骨后肌 C 姆长屈肌 D 趾长 屈肌E腓骨长 肌15、以下哪项不是骨组织的组成成分（D） A 骨细胞 B 胶原纤维 C 水 D 弹性纤维E 黏蛋 白16、以下关节软骨的特性 不正确的是（ C） A 减小关节面摩 擦 B 吸收机械震荡 C 有神经支 配 D 适量运动可增加关节软骨的厚度E 反复的损伤可增加软骨的分解代 谢17、 成人骨折后，骨的修复主要依靠 （D） A 骺软骨 B 骨密质 C 骨髓 D 骨膜 E 骨松质18、神经 ---肌肉接头传递中，清除乙酰胆碱的酶是 （D） A 磷酸二酯 酶BATP酶C腺苷酸环化酶 D 胆碱酯酶E脂肪酶 19、脊髓中央管前交叉纤维损伤将引起（B） A 断面以下同侧的浅感觉丧 失 B 断面以下对侧的浅感觉丧 失 C 断面以下对侧的深感觉丧失 D 断面以下双侧的浅感觉丧 失 E 断面以下双侧的深感觉丧失20、在骨骼肌终板膜上，Ach 通过下列何种通道实现其跨膜信号转 导（ A） A 化学门控通 B 电压门控通道 C 机械
第1章绪论 1、什么是生物材料 答：目前认为：生物材料为一种与生物系统相互接触，用以诊治组织/器官疾患，替换病损组织/器官，或者改善其形态或增进其功能的材料，包括生物源性材料和生物医用材料。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物。 2、生物材料的类别 答：生物材料的类别如下： （1）按材料属性：医用金属材料、医用无机材料、医用高分子材料、医用复合材料…（2）按材料功能：硬组织材料、软组织材料、血液相容性材料、生物降解材料… （3）按材料来源：组织衍生材料、天然生物材料、人工合成材料 （4）按材料用途：骨科材料、心血管材料、血液透析材料、整形美容材料… 3、生物材料应用现状 答：生物材料应用现状如下： （1）软组织植入材料：医用缝合线（蚕丝、尼龙、羊肠(胶原)、聚酯…）、止血海绵、人工乳房植入体（石蜡、硅酮油、聚丙烯酰胺、聚乙烯海绵体、硅胶袋（内装硅凝胶或生理盐水）…）、经皮植入体、皮肤植入体、颚面植入体、眼耳植入体、血管植入材料、人工心脏瓣膜…（2）硬组织修复与替代材料：接骨板、人工关节、金属丝、螺钉、髓内钉、脊柱固定器件、牙根植入体、齿科材料等… （3）人工器官：人工肾(血液透析仪)、人工心脏、人工肺… （4）组织工程产品：皮肤、骨、软骨、膀胱、神经（壳聚糖、聚乙醇酸） 第2章生物大分子 1、生物大分子概念和种类 答：生物大分子概念：是生物体的重要组成成分，是一类具有生物功能、分子量较大、结构也比较复杂的天然高分子，同时也是一类非常重要的生物材料来源。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物 2、胶原蛋白的特点及稳定构象，丝素蛋白的特点及稳定的构象 答：（1）胶原蛋白： 特点：耐湿热，生物相容性良好，生物可降解，经过处理可消除抗原性，能促进组织恢复，无异物反应 稳定构象：三股螺旋和球形 （2）丝素蛋白 特点：来源广泛、生物相容性良好，力学性能优良，血液相容性相对较好，可以缓慢降解，溶解性（浓的中性盐溶液） 稳定构象：反平行折叠链构象 第3章&第12章生物矿化和仿生材料 1、生物矿化的定义及主要分类是什么 答：生物矿化定义：生物矿化是指在一定条件下，在生物体的不同部位，以各种作用方式，在有机基质和细胞的参与下，无机元素从环境中选择性的在特定的有机基质上形核、生长和相变而转变为结构高度有序的生物矿物的过程。 主要分类：无定形矿物；无机晶体；有机晶体；最多的是含钙矿物，其次依次为非晶质氧化硅，铁锰氧化物、硫酸盐，硫化物、钙镁有机酸盐
2019年《人体解剖学-下肢》考试题库 复习测试题 A1型题 1．下肢力线通过的三个点是 A．股骨头中点、髌骨中点和踝关节中心 B．股骨大转子、髌骨中点与踝关节中点 C．髂前上棘、胫骨粗隆与内踝尖 D．股骨头中点、髌骨中点与第一趾蹼的连线 E．股骨头中点、髌骨中点与中趾外侧 答案：A 2．出入梨状肌下孔的结构中，居最外侧的是 A．坐骨神经 B．股后皮神经 C．臀下血管 D．阴部内血管 E．阴部神经 答案：A 3．出梨状肌下孔入坐骨小孔的是 A．臀下血管及神经 B．闭孔血管及神经
C．臀下血管及阴部神经 D．阴部内血管及股后皮神经 E．阴部神经及阴部内血管 答案：E 4．关于大隐静脉的描述，哪项是正确的？A．全长与隐神经伴行 B．在内踝前方与隐神经伴行 C．经髌骨内缘上行 D．在股部与隐神经伴行 E．与小隐静脉间无交通支 答案：B 5．全身最长、静脉瓣最多的静脉 A．股静脉 B．大隐静脉 C．腘静脉 D．头静脉 E．胫后静脉 答案：B 6．关于隐静脉裂孔的描述，哪项是正确的？A．是阔筋膜的薄弱处 B．位于髂前上棘下方3～4cm处 C．其内侧缘明显锐利
D．有隐神经通过 E．以上都不对 答案：A 7．关于腹股沟浅淋巴结的描述，哪项是正确的？A．位于大隐静脉末端周围 B．分三组位于腹股沟韧带下方 C．下组位于腹股沟韧带下方 D．下组沿大隐静脉末端周围排列 E．上组沿腹壁浅静脉排列 答案：D 8．肌腔隙与血管腔隙位于 A．腹股沟韧带与耻骨梳之间 B．腹股沟韧带与髂、耻骨之间 C．腹股沟韧带与髂骨之间 D．髂耻弓与腔隙韧带之间 E．以上都不是 答案：B 9．通过肌腔隙的结构是 A．股动脉与股静脉 B．隐神经与大隐静脉 C．股神经与髂腰肌 D．股鞘与股管
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.doczj.com/doc/5917722229.html, 综述
第二章正常人体运动学 第一部分 单项选择题 1、关于椎骨得描述不正确得时(E) A由椎体、椎弓、突起三部分组成 B椎体与椎弓围成椎间孔 C椎间孔内容纳脊髓 D椎体与椎弓发出7个突起 E所有椎骨相连,椎孔形成椎管 2、上肢骨得体表标志不包括(B) A肱骨内上髁与外上髁 B喙突 C桡骨与尺骨茎突 D鹰嘴 E肩胛骨上角与下角 3、关于肘关节描述正确得就是(B) A包括肱尺、肱桡、桡尺远端3个关节 B 3个关节包在一个关节囊内 C关节囊得两侧最薄弱 D可沿矢状轴做屈伸运动 E伸肘时肱骨内外上髁与尺骨鹰嘴三点连成等腰三角形 4、提肋得肌不包括(B) A胸大肌B肋间内肌C肋间外肌D前斜角肌E中斜角肌 5、下列属于长骨得就是(D) A 肋骨 B 胸骨 C 跟骨 D 趾骨 E 鼻骨 6、胸骨角平对(C) A第一肋软骨 B 第三肋软骨 C 第二肋软骨 D 第四肋软骨E第五肋软骨 7、下列各项中协助围成椎管得韧带就是(C) A 棘上韧带 B 前纵韧带 C 黄韧带 D 棘间韧带 E 后纵韧带 8、血中氧分压降低导致呼吸加强得原因就是直接兴奋(C) A延髓呼吸中枢B呼吸调整中枢C外周化学感应器 D中枢化学感应器E肺牵张感应器 9、关于端脑内部结构得描述,正确得就是(B) A大脑半球表面有白质覆盖、 B大脑纵裂得底为连接两半球宽厚得骈底体 C基底神经核位于底丘脑 D端脑内腔为第三脑室 E以上都不就是 10、可兴奋细胞发生兴奋时得共同表现就是产生(D) A收缩活动B分泌活动C静息电位D动作电位 E 局部电位
11、支配肱二头肌得就是神经就是(B) A腋神经B肌皮神经C桡神经D尺神经E正中神经12、支配咀嚼肌得神经就是(C) A面神经B上颌神经C下颌神经D舌下神经E舌咽神经13、臀大肌可使髋关节(B) A前屈B旋外C旋内 D 外展 E 内收 14、既能跖屈又能使足内翻得肌就是(B) A胫骨前肌B胫骨后肌C姆长屈肌D趾长屈肌E腓骨长肌 15、以下哪项不就是骨组织得组成成分(D) A骨细胞B胶原纤维 C 水D弹性纤维E黏蛋白16、以下关节软骨得特性不正确得就是(C) A减小关节面摩擦B吸收机械震荡 C 有神经支配 D适量运动可增加关节软骨得厚度E反复得损伤可增加软骨得分解代谢 17、成人骨折后,骨得修复主要依靠(D) A骺软骨B骨密质C骨髓D骨膜E骨松质18、神经---肌肉接头传递中,清除乙酰胆碱得酶就是(D) A磷酸二酯酶BA TP酶C腺苷酸环化酶 D 胆碱酯酶E脂肪酶 19、脊髓中央管前交叉纤维损伤将引起(B) A断面以下同侧得浅感觉丧失B断面以下对侧得浅感觉丧失 C断面以下对侧得深感觉丧失D断面以下双侧得浅感觉丧失 E断面以下双侧得深感觉丧失 20、在骨骼肌终板膜上,Ach通过下列何种通道实现其跨膜信号转导(A) A化学门控通道B电压门控通道C机械门控通道 DM型Ach受体 E G蛋白耦联受体 21、双向轴浆运输主要运输(A) A具有膜得细胞器B递质合成酶 C 微丝与微管 D神经营养因子E细胞代谢产物 22、关于神经纤维轴浆运输得描述,正确得就是(D) A轴突得轴浆并非经常在流动 B 顺向与逆向轴浆运输得速度相等 C狂犬病病毒可经顺向轴浆运输而扩散D与神经得功能性与营养性作用有关 E与维持神经结构与功能得完整性无关 23、关于突触传递特点得描述,错误得就是(D) A单向传布B有时间延搁C可以发生总与D不需要钙离子参与E易疲劳 24、反射活动得一般特性不包括(B) A单向传递B对等原则C兴奋节律得改变D后发放 E反射得习惯化与敏感化 25、关于脊椎得生理弯曲,正确得就是(D) A颈曲后凸,胸曲前凸 B 骶曲前凸,腰曲前凸 C颈曲前凸,胸曲前凸D颈曲前凸,胸曲后凸 E胸曲前凸,腰曲后凸 26、胸长神经支配(C)
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。