雷竞技rebat膝盖前沿|生物力学能量收割机:优化设计和测试</t我tle><年代tyle> .async-hide { opacity: 0 !important } </style> <link href="https://209cd62b0febf2a55d40-715eb384bc6027b876e93ad33d5c5ec3.ssl.cf3.rackcdn.com/font-awesome-4.3.0/css/font-awesome.min.css" rel="stylesheet"> <link href="https://9d0dd7a648345f19af83-877d2ecaf11b88d5e17327c758e17ef6.ssl.cf2.rackcdn.com/museo-sans-1.0.1/css/museo-sans.css" rel="stylesheet"> <style type="text/css"> .journal-robotics-and-ai { background: #fff url('https://3718aeafc638f96f5bd6-d4a9ca15fc46ba40e71f94dec0aad28c.ssl.cf1.rackcdn.com/journal-robotics-and-ai.png') no-repeat 105% 0px; background-size: 41%; } /* Displays/Screens (e.g. 19" WS @ 1440x900) --------------- */ @media only screen and (max-width: 1649px) { .journal-robotics-and-ai { background: #fff url('https://3718aeafc638f96f5bd6-d4a9ca15fc46ba40e71f94dec0aad28c.ssl.cf1.rackcdn.com/journal-robotics-and-ai.png') no-repeat 120% 30px; background-size: 53%; }} /* Displays/Screens (e.g. MacBook @ 1280x800) -------------- */ @media only screen and (max-width: 1409px) { .journal-robotics-and-ai { background: #fff url('https://3718aeafc638f96f5bd6-d4a9ca15fc46ba40e71f94dec0aad28c.ssl.cf1.rackcdn.com/journal-robotics-and-ai.png') no-repeat 120% 17px; 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These harvesters aim to carry out the work of the muscles during phases in locomotion where the muscles are acting as brakes. Currently, many harvesters focus on the knee joint during late swing, which is only one of three phases available during the gait cycle. For the device to be successful, there is a need to consider design components such as the motor/generator and the gear ratio. These components influence the amount of electrical energy that could be harvested, metabolic power during harvesting, and more. These various components make it challenging to achieve the optimal design. This paper presents a design of a knee harvester with a direct drive that enables harvesting both in flexion and extension using optimization. Subsequently, two knee devices were built and tested using five different harvesting levels. Results show that the 30% level was the best, harvesting approximately 5 W of electricity and redacting 8 W of metabolic energy compared to walking with the device as a dead weight. Evaluation of the models used in the optimization showed a good match to the system model but less for the metabolic power model. These results could pave the way for an energy harvester that could utilize more of the negative joint power during the gait cycle while reducing metabolic effort." addthis:url="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248" data-event-param="Biomechanical knee energy harvester: Design optimization and testing" title="" target="_blank" href="#"><span class="at-icon-wrapper"></span></a> </div></li> <li class="social_block"> <div class="atButton"> <a class="addthis_button_linkedin at300b" addthis:title="Biomechanical knee energy harvester: Design optimization and testing" addthis:description="Biomechanical energy harvesters are designed to generate electrical energy from human locomotion (e.g., walking) with minimal or no additional effort by the users. These harvesters aim to carry out the work of the muscles during phases in locomotion where the muscles are acting as brakes. Currently, many harvesters focus on the knee joint during late swing, which is only one of three phases available during the gait cycle. For the device to be successful, there is a need to consider design components such as the motor/generator and the gear ratio. These components influence the amount of electrical energy that could be harvested, metabolic power during harvesting, and more. These various components make it challenging to achieve the optimal design. This paper presents a design of a knee harvester with a direct drive that enables harvesting both in flexion and extension using optimization. Subsequently, two knee devices were built and tested using five different harvesting levels. Results show that the 30% level was the best, harvesting approximately 5 W of electricity and redacting 8 W of metabolic energy compared to walking with the device as a dead weight. 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Results show that the 30% level was the best, harvesting approximately 5 W of electricity and redacting 8 W of metabolic energy compared to walking with the device as a dead weight. Evaluation of the models used in the optimization showed a good match to the system model but less for the metabolic power model. 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These harvesters aim to carry out the work of the muscles during phases in locomotion where the muscles are acting as brakes. Currently, many harvesters focus on the knee joint during late swing, which is only one of three phases available during the gait cycle. For the device to be successful, there is a need to consider design components such as the motor/generator and the gear ratio. These components influence the amount of electrical energy that could be harvested, metabolic power during harvesting, and more. These various components make it challenging to achieve the optimal design. This paper presents a design of a knee harvester with a direct drive that enables harvesting both in flexion and extension using optimization. Subsequently, two knee devices were built and tested using five different harvesting levels. Results show that the 30% level was the best, harvesting approximately 5 W of electricity and redacting 8 W of metabolic energy compared to walking with the device as a dead weight. Evaluation of the models used in the optimization showed a good match to the system model but less for the metabolic power model. These results could pave the way for an energy harvester that could utilize more of the negative joint power during the gait cycle while reducing metabolic effort." addthis:url="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248" title=""><span class="at-icon-wrapper" style=" background-color: rgb(29, 161, 242); line-height: 16px; height: 16px; width: 16px; "></span></a> </div><a><span class="total_count"></span></a></li> </ul> </div> <aside id="anchors" class="pull-left table-of-contents side-article"> <div class="side-people hidden-sm hidden-xs"> <section class="side-article-editors"> <header> <h5 class="like-h4">编辑</h5></he一个der><一个class="authors" href="//www.thespel.com/loop/people/1678007/overview" target="_blank"><img alt="" class="pr5 pull-left" onerror="this.src = '/Areas/Articles/Images/Frontiers/Common/Profile/default-loop-profile.jpg'" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/1678007/24"><h6 class="author-link-aside">Qiongfeng史</h6></一个><d我vcl一个年代年代="clearfix"></div> <p><span class="notes">新加坡国立大学,新加坡</年代p一个n></p><header> <h5 class="like-h4">看过的</h5></he一个der><一个class="authors" href="https://loop.frontiersin.org/people/1932881/overview" target="_blank"><img alt="" class="pr5 pull-left" onerror="this.src = '/Areas/Articles/Images/Frontiers/Common/Profile/default-loop-profile.jpg'" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/1932881/24"><h6 class="author-link-aside">Zhiran易</h6></一个><d我vcl一个年代年代="clearfix"></div> <p><span class="notes">上海交通大学,中国</年代p一个n></p><一个class="authors" href="https://loop.frontiersin.org/people/1945004/overview" target="_blank"><img alt="" class="pr5 pull-left" onerror="this.src = '/Areas/Articles/Images/Frontiers/Common/Profile/default-loop-profile.jpg'" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/1945004/24"><h6 class="author-link-aside">刘长</h6></一个><d我vcl一个年代年代="clearfix"></div> <p><span class="notes">西北工业大学,中国</年代p一个n></p></年代ection> </div> <nav> <header> <h5 class="like-h4" style="padding-top: 14px; padding-left: 6px; margin-bottom: 6px;">表的内容</h5></he一个der><ul class="nav nav-list list-unstyled contents" data-event="toc-link-click"> <li> <ul class="flyoutJournal"> <li><a href="#h1">文摘</一个></l我><l我><a href="#h2">1介绍</一个></l我><l我><a href="#h3">2方法</一个></l我><l我><a href="#h4">3结果与讨论</一个></l我><l我><a href="#h5">4结论</一个></l我><l我><a href="#h6">数据可用性声明</一个></l我><l我><a href="#h7">道德声明</一个></l我><l我><a href="#h8">作者的贡献</一个></l我><l我><a href="#h9">资金</一个></l我><l我><a href="#h10">确认</一个></l我><l我><a href="#h11">的利益冲突</一个></l我><l我><a href="#h12">出版商的注意</一个></l我><l我><a href="#h13">引用</一个></l我><l我><a href="#h14">附录A:刷-直流转换</一个></l我><l我><a href="#h15">附录B:大量的设备组件</一个></l我><l我><a href="#h16">附录C:安装扭矩计</一个></l我><l我><a href="#h17">附录D:实验数据表的形式</一个></l我></ul></li> </ul> </nav> </aside> <div class="clearfix"></div> <div class="side-article-download side-export clearfix"> <ul class="list-unstyled list-inline clearfix"> <li class="dropdown text-center citation"><button data-target="#" data-test-id="citation-button" data-toggle="dropdown" role="button" aria-expanded="false"><span class="icon-label" data-event="citation-button-click">出口的引用</年代p一个n></but来n> <ul class="dropdown-menu" role="menu"> <li><a data-test-id="article-endnote" id="export_citation" href="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248/endNote" data-event="endnotedownload-button-click">尾注</一个></l我><l我><a data-test-id="article-referencemanager" id="export_citation" href="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248/reference" data-event="referencemanagerdownload-button-click">引用管理器</一个></l我><l我><a data-test-id="article-simpletextfile" id="export_citation" href="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248/text" data-event="simpletextfiledownload-button-click">简单的文本文件</一个></l我><l我><a data-test-id="article-bibtex" id="export_citation" href="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248/bibTex" data-event="bibtexdownload-button-click">助理</一个></l我></ul></li> </ul> </div> <div class="side-crossmark"> <a data-target="crossmark" class="crossmark"> <figure> <img id="crossmark-icon" style="border: 0; width:64px; height:64px;" src="https://crossmark-cdn.crossref.org/widget/v2.0/logos/CROSSMARK_BW_square_no_text.svg" title="" alt=""> </figure> <div id="crossmark-icon"> 检查更新</d我v></一个></d我v><一个rticle class="widget-listing people-also-looked-at side-article-related hidden"> <h5 class="like-h4" data-event="peoplelookedat-link-click">人也看了</h5></一个rt我cle></aside> <main class=""> <div class="article-section"> <div class="article-container" data-html="True"> <div class="abstract-container"> <div class="article-header-container">   <div class="header-bar-one"> <h2>原始研究的文章</h2></d我v><d我vcl一个年代年代="header-bar-three-container"> <div class="header-bar-three"> 前面。机器人。AI, 2022年10月05<br>gydF4y2Ba秒。智能传感器网络和自主权<br><年代p一个ncl一个年代年代="volumeInfo">卷9 - 2022 |</年代p一个n><一个href="https://doi.org/10.3389/frobt.2022.998248">https://doi.org/10.3389/frobt.2022.998248</一个></d我v></d我v></div> <div class="JournalAbstract"> <a id="h1" name="h1"></a> <h1>生物力学膝盖能量收割机:优化设计和测试</h1><d我vcl一个年代年代="authors"> <a href="//www.thespel.com/people/u/2001611" class="user-id-2001611"><img class="pr5" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/2001611/24" onerror="this.src='https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg'" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba">莫兰迦得</一个><年代up>1</gydF4y2Ba年代up>,<gydF4y2Ba我米gcl一个年代年代="pr5" src="https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba">本中<年代up>1</gydF4y2Ba年代up>,<gydF4y2Ba我米gcl一个年代年代="pr5" src="https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba">阿米尔夏皮罗<年代up>1</gydF4y2Ba年代up>,<gydF4y2Ba一个href="//www.thespel.com/people/u/1921982" class="user-id-1921982"><img class="pr5" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/1921982/24" onerror="this.src='https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg'" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba">珊瑚Ben-David</一个><年代up>2</gydF4y2Ba年代up>和<一个href="//www.thespel.com/people/u/1921557" class="user-id-1921557"><img class="pr5" src="https://loop.frontiersin.org/images/profile/1921557/24" onerror="this.src='https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg'" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba">Raziel Riemer</一个><年代up>2</gydF4y2Ba年代up>*</dgydF4y2Ba我v><ulcl一个年代年代="notes"> <li><span><sup>1</年代up></年代p一个n>机械工程系,比尔,以色列内盖夫的本-古里安大学</l我><l我><年代p一个n><sup>2</年代up></年代p一个n>本-古里安大学工业工程与管理部门的,比尔,以色列</l我></ul><pclass="mb15">生物力学能量收割机的设计生成电能从人类运动(如行走)由用户以最小或没有额外的努力。这些矿车的目标开展工作的肌肉在运动阶段肌肉作为刹车。目前,许多矿车集中在膝关节在摇摆,这是唯一一个在步态周期的三个阶段。设备的成功,有一个需要考虑设计组件,如电动机/发电机和齿轮传动比。这些组件影响电能的数量可以收割,收割期间代谢能力,等等。这些不同的组件使它具有挑战性的达到最优设计。本文提出一种设计的膝盖收割机直接驱动,使收获在弯曲和扩展使用优化。随后,两个膝盖设备建造和测试使用五种不同的收获。结果表明:30%的水平是最好的,收获大约5 W的电力和修订8 W的代谢能量相比,走与设备重量。评估中使用的模型优化系统表现出良好的匹配模型更少的代谢动力模型。 These results could pave the way for an energy harvester that could utilize more of the negative joint power during the gait cycle while reducing metabolic effort.</p><d我vcl一个年代年代="clear"></div> </div> <div class="JournalFullText"> <a id="h2" name="h2"></a> <h2>1介绍</h2><pcl一个年代年代="mb15">生物力学能量收割机外骨骼设计生成电能从人类运动(如行走),并提供替代电池作为便携式电子设备的电力来源(GPS、笔记本电脑等)。目前很多收获设备目标开展工作的一部分肌肉在人体运动阶段作为刹车(即肌肉。-肌肉工作)(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B12">妞妞et al ., 2004</一个>),看<一个href="#F2">图2</一个>。这导致再生制动,产生电能以类似的方式混合动力汽车,可以减少用户的工作量。能量采集设备是有用的,重要的是,所需的努力(新陈代谢)携带设备对身体和生成电能很小或负(<一个href="#B17">Schertzer Riemer, 2015</一个>)。</p><pcl一个年代年代="mb15">虽然精确的条件取得收获,同时减少代谢所需的能量是未知的,有证据在过去,这是可能的(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>)。进一步,最近开发了能量收割机使用swing后期生产0.25 W的电能,同时减少能量代谢(相对于走路没有设备)由6 W (<一个href="#B19">Shepertycky et al ., 2021</一个>)。可能有几种类型的生物力学能量;主要的是一个背包,利用质心的振荡、鞋基地使用唯一的压缩产生电能,并联合基地使用之间的相对运动段(<一个href="#B14">Riemer和夏皮罗,2011年</一个>)。目前,最成功的矿车设备目标-膝盖的肌肉工作,因为这是一个联合与一个相对大量的负功在这个位置执行(<一个href="#F2">图2</一个>)。然而,当前的膝盖设备((<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B19">Shepertycky et al ., 2021</一个>)的重点是已故的摇摆(K4)结束,这意味着他们只能利用不到一半的潜在能量,可以收获一个完整步态周期中(<一个href="#B14">Riemer和夏皮罗,2011年</一个>)。此外,这些设备在收获的能力是有限的,由于他们的机械设计,它使用一个滚子离合器(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>)或滚子离合器的结合和电缆(<一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>;<gydF4y2Ba一个href="#B19">Shepertycky et al ., 2021</一个>)。在这种情况下,他们只能收获的弯曲膝盖。</p><pcl一个年代年代="mb15">在设备设计中,必须考虑几个参数。首先,必须连接到设备的身体,带着它的质量从用户需要额外的代谢能力。携带设备所需的代谢率是基于用户的步行速度和设备的质量和位置(<一个href="#B1">布朗宁et al ., 2007</一个>)- (<一个href="#B18">Schertzer Riemer, 2014</一个>)(<gydF4y2Ba一个href="#B23">Stuempfle et al ., 2004</一个>;<gydF4y2Ba一个href="#B22">苏尔和高盛,1969年</一个>)。其他重要的设计组件及其规范包括电动机/发电机和齿轮传动比。(注意,由于电机也被用作发电机在这项研究中,我们使用这些术语可以互换)。所有上述组件对其他组件以及产生影响的整体性能。进一步,一些设计参数提高设备在一个领域,但在另一个使情况变得更糟。例如,齿轮的组合,电机,和当前确定设备的阻力扭矩;一个更高的齿轮传动比可能产生更多的电力,但它可能会降低系统的转换效率由于摩擦的增加(提高齿轮比率效率较低)。进一步说,一个更高的齿轮传动比会增加用户的惰性,需要更多的努力,尤其是在步态的non-harvesting阶段。收获更多的电能会增加应用扭矩和部队系统上工作,影响结构上的应力,其尺寸和质量。所有上述找到优化设计具有挑战性的任务。</p><pcl一个年代年代="mb15">为了解决这个问题,<一个href="#B9">李et al。(2009)</一个>使用一个静态模型(即。,oneth一个td我dnot include system dynamics) to optimize device efficiency as a function of the gear ratio and the external electrical load of the motor. However, they found that dynamic effects can account for as much as half of the resistance torque applied by the device, which means that the device parameters chosen by their optimization might not have been optimal.<一个href="#B11">马丁et al。(2016)</一个>提出了一个模型,包括动态效应降低limb-driven能量收割机。然而,他们并没有建议的框架收割机的优化设计参数。</p><pcl一个年代年代="mb15">本研究的目的是设计和建造一个膝盖能发电的能量采集装置联合机械步态的负功阶段期间,弯曲和扩展。实现最佳设计,我们使用一个优化过程,认为我们的设备的设计参数,如发电机的电气规范,质量,和齿轮传动比。优化框架是基于动态模型的机电系统。进一步,我们能够控制转矩设备使用技术应用到膝盖的从我们以前的研究(<一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>)。优化目标是最小化总成本的收获(TCOH),由代谢能力走路时的变化与设备和没有它除以电力生产(<一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>)。</p><一个我d="h3" name="h3"></a> <h2>2方法</h2><h3cl一个年代年代="pt0">2.1概述</h3><pcl一个年代年代="mb0">设备的设计带来以下步骤</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">1)系统的概念设计,</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">2)优化的总成本降到最低收获,和</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">3)计算TCOH使用三种模式。模型是一个)</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">)模型中生成的电力系统的操作</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">b)机电系统的动态模型,包括预测设备的应用扭矩概要;和</p><p年代tyle="margin-left: 2em;text-indent:-0.7em;margin-top: 0em;margin-bottom: 0em;">c)的预测模型改变代谢能力的设备的质量,位置对身体和扭矩。</p><h3cl一个年代年代="pt0">2.2设备的概念设计</h3><pcl一个年代年代="mb0">设备是基于一个齿轮火车,会增加膝盖的角速度旋转一个无刷直流电机作为发电机(功能)。收获的仪器设备是安装在一个整形隅撑(<一个href="#F1">图1</一个>)。使用一个微控制器,设备控制转矩应用到膝盖,进而控制的能量收获(<一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>)。降低代谢成本的设备,装置和发电机位于大腿尽可能高。能量收获期间发生负共同工作时期,特别是在阶段K1, K3,步态周期的K4 (<一个href="#F2">图2</一个>)。使收获在膝盖弯曲和扩展,电机与没有离合器机制(直接驱动)。面向我们还测试了一个选择两个面对面的滚子离合器在两个方向上都能够收获,但类似于(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),我们发现这个设计是太重了。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图1</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g001.jpg" name="Figure1" target="_blank"><img id="F1" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g001.jpg"></a> <p><b>图1</b>gydF4y2Ba。收获的一般机械设计设备安装在角撑。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图2</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g002.jpg" name="Figure2" target="_blank"><img id="F2" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g002.jpg"></a> <p><b>图2</b>gydF4y2Ba。膝关节的力学行走步态周期从脚跟罢工期间脚跟罢工。(即阴影区域。,K1,K3,K4) are the phases of negative net muscle work at joint level [based on (<一个href="#B26">2009年冬天,</一个>)]。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h3 class="pt0">2.3目标函数</h3><pcl一个年代年代="mb0">目标函数是最小化总成本的收获(TCOH,优化参数生成器模型(从列表中可能的发电机),齿轮传动比、转矩/电流分布。一般的优化公式</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e1"> <mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi> 最小值</米我><米o>⁡</gydF4y2Ba米o><米我>T</gydF4y2Ba米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>H</gydF4y2Ba米我><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> v</米我></米row> <mo> )</米o></米row> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mrow> <mtext> 主题</米text> <mtext></mtext> <mtext> 来</米text> <mo> :</米o><米我米一个thv一个r我ant="normal"> c</米我></米row> <mi mathvariant="normal"> k</米我></米年代ub><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> v</米我></米row> <mo> )</米o></米row> <mo> ≥</米o><米n>0</gydF4y2Ba米n><米text> </mtext> <mi mathvariant="normal"> f</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> o</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> r</米我><米text> </mtext> <mi> k</米我><米o>∈</gydF4y2Ba米o><米row> <mo> (</米o><米row> <mn mathvariant="italic"> 0</米n><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>我</米我></米row> <mo> ]</米o></米row> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>1</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf1"> <math id="m2"> <mrow> <msub> <mi> c</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> v</米我></米row> <mo> )</米o></米row> <mo> ≥</米o><米n>0</gydF4y2Ba米n></米row> </math> </inline-formula>和<我nl我ne-formula id="inf2"> <math id="m3"> <mrow> <mi> k</米我><米o>∈</gydF4y2Ba米o><米我>我</米我></米row> </math> </inline-formula>是不等式约束代表的物理局限性机电系统和用户的能力,分别和<我nl我ne-formula id="inf3"> <math id="m4"> <mrow> <mi> ν</米我></米row> </math> </inline-formula>(即是一个向量的优化变量。,来rque/current profile, gear ratio, and motor model). The TCOH is defined as</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e2"> <mrow> <mi> T</米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>H</gydF4y2Ba米我><米o>=</gydF4y2Ba米o><米fr一个c><米row> <mo> Δ</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> e</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mfrac> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>2</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf4"> <math id="m6"> <mrow> <mo> Δ</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>估计额外使用收割机的代谢率相对于行走时代谢率没有设备,定义在吗<一个href="#e14">(14)</一个>,<gydF4y2Ba我nl我ne-formula id="inf5"> <math id="m7"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> e</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是有效获取电力,定义在吗<一个href="#e3">(3)</一个>。</p><h3cl一个年代年代="pt0">2.4模型</h3><pcl一个年代年代="mb0">本节描述的数学推导的三个模型:1)系统动力模型,2)系统转矩模型,3)代谢率的变化由于承载网中的设备和改变联合工作(基于(<一个href="#B10">Margaria 1968</一个>)]。</p><h4>2。4。1系统的电源模型</h4><pcl一个年代年代="mb0">功率模型估计的有效的电力收割机将能够生产。我们定义系统的有效功率</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e3"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> e</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> −</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> l</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>3</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf6"> <math id="m9"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是总发电机产生的电力,然后呢<我nl我ne-formula id="inf7"> <math id="m10"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> l</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>失去的总功率在系统的能量转换。产生的总功率发电机,<我nl我ne-formula id="inf8"> <math id="m11"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>的话,是</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e4"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub><米我>E</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米年代ub> <mi> 我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>4</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf9"> <math id="m13"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于直流电流流过发电机,它由闭环控制电路proportional-integral-derivative (PID)控制器,然后呢<我nl我ne-formula id="inf10"> <math id="m14"> <mrow> <msub> <mi> E</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是发电机电动势(EMF)。在我们的模型中,我们使用我们的发电机单相直流等效常数。因此,发电机电磁场是由</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e5"> <mrow> <msub> <mi> E</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> =</米o><米row> <mo> (</米o><米row> <msub> <mi> ω</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米我> G</米我><米o>。</米o><米我>R</gydF4y2Ba米我></米row> <mo> )</米o></米row> <msub> <mi> K</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>5</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf11"> <math id="m16"> <mrow> <msub> <mi> ω</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是膝盖的角速度,<我nl我ne-formula id="inf12"> <math id="m17"> <mrow> <mi> G</米我><米o>。</米o><米我>R</gydF4y2Ba米我></米row> </math> </inline-formula>是系统的传动比。乘<我nl我ne-formula id="inf13"> <math id="m18"> <mrow> <msub> <mi> ω</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>通过<我nl我ne-formula id="inf14"> <math id="m19"> <mrow> <mi> G</米我><米o>。</米o><米我>R</gydF4y2Ba米我></米row> </math> </inline-formula>结果在发电机的角速度。<我nl我ne-formula id="inf15"> <math id="m20"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是发电机的速度常数。总功率损失由于转换,<我nl我ne-formula id="inf16"> <math id="m21"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> l</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>,是</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e6"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> l</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米n>2</gydF4y2Ba米n><米年代ub><米我>我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米年代ub> <mi> E</米我><米我>d</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> +</米o><米年代ub年代up><米我> 我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我><米n>2</gydF4y2Ba米n></米年代ub年代up><米年代ub> <mi> R</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>6</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf17"> <math id="m23"> <mrow> <msub> <mi> E</米我><米我>d</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是迷失在反向电流电压三相二极管桥(两个二极管的行为在任何给定的计算),然后呢<我nl我ne-formula id="inf18"> <math id="m24"> <mrow> <msub> <mi> R</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是直流等效内阻。利用这些方程的无刷直流发电机(刷),规范数据表需要的参数转换成单相直流等效常数(见<一个href="#h14">附录A</一个>)。</p><h4>2。4。2系统的转矩模型</h4><pcl一个年代年代="mb0">这个模型计算扭矩的收割设备应用于膝盖行走的负面联合机械功率阶段期间,这是制定</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e7"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub><米我>T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> +</米o><米年代ub><米我>T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> −</米o><米年代ub><米我>T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>7</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf19"> <math id="m26"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是膝盖的扭矩应用的设备,<我nl我ne-formula id="inf20"> <math id="m27"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是转矩角加速度和惯性矩(MOI)的系统,<我nl我ne-formula id="inf21"> <math id="m28"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>摩擦力矩,<我nl我ne-formula id="inf22"> <math id="m29"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>的贡献是发电机总应用扭矩在膝盖。<我nl我ne-formula id="inf23"> <math id="m30"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是由</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e8"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> =</米o><米row> <mo> (</米o><米row> <msub> <mi> 我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米年代ub> <mi> K</米我><米我>米</米我></米年代ub></米row> <mo> )</米o></米row> <mi> G</米我><米o>。</米o><米我>R</gydF4y2Ba米我></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>8</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf24"> <math id="m32"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>米</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是发电机的等效直流力矩常数。<我nl我ne-formula id="inf25"> <math id="m33"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是由</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e9"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub><米o> =</米o><米年代ub><米我>我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <msub> <mi> α</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>9</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf26"> <math id="m35"> <mrow> <msub> <mi> α</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于角加速度,<我nl我ne-formula id="inf27"> <math id="m36"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>相当于我的收割机,经验丰富的用户的膝盖。它是由莫伊由于收割机的不同部分,每个部分的经历不同的角加速度。因此,<我nl我ne-formula id="inf28"> <math id="m37"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是由</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e10"> <mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub><米我>我</米我><米年代up><米我> g</米我><米row> <mo> @</米o><米我>k</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msup> </msub> <mo> +</米o><米年代ub><米我>我</米我><米年代up><米我> 一个</米我><米row> <mo> @</米o><米我>k</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msup> </msub> <mo> +</米o><米年代ub><米我>我</米我><米我>b</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub><米我>我</米我><米年代up><米我> g</米我><米row> <mo> @</米o><米我>k</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msup> </msub> <mo> +</米o><米年代ub><米我>我</米我><米年代up><米我> 一个</米我><米row> <mo> @</米o><米我>k</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msup> </msub> <mo> +</米o><米年代ub><米我>我</米我><米我>b</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </mtd> </mtr> </mtable> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>10</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf29"> <math id="m39"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是莫伊的发电机,它是由总传动比,<我nl我ne-formula id="inf30"> <math id="m40"> <mrow> <mi> G</米我><米o>。</米o><米年代ub><米我>R</米我><米row> <mi> t</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>;这包括行星齿轮传动比和锥齿轮比率。<我nl我ne-formula id="inf31"> <math id="m41"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米我>一个</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是莫伊之和的主要轴和行星齿轮,由齿轮传动比是哪一个<我nl我ne-formula id="inf32"> <math id="m42"> <mrow> <mi> G</米我><米o>。</米o><米年代ub><米我>R</米我><米我>b</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>,即锥齿轮比率。最后,<我nl我ne-formula id="inf33"> <math id="m43"> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米我>b</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>隅撑的莫伊和收割机结构基础。<我nl我ne-formula id="inf34"> <math id="m44"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是由于齿轮火车和轴承摩擦力矩。锥齿轮和行星齿轮造成粘滞摩擦,这是建模为一个单一的粘性摩擦系数。各种轴承造成额外的摩擦转矩不变,这是建模为一个恒定的摩擦系数。因此,</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e11"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> =</米o><米row> <mo> (</米o><米row> <msub> <mi> C</米我><米n>1</gydF4y2Ba米n></米年代ub><米年代ub> <mover accent="true"> <mi> θ</米我><米o>˙</gydF4y2Ba米o></米over><米我> k</米我></米年代ub><米o> +</米o><米年代ub><米我>C</米我><米n>2</gydF4y2Ba米n></米年代ub></米row> <mo> )</米o></米row> <mi> 年代</米我><米我>我</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米row> <mo> (</米o><米row> <msub> <mover accent="true"> <mi> θ</米我><米o>˙</gydF4y2Ba米o></米over><米我> k</米我></米年代ub></米row> <mo> )</米o></米row> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>11</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf35"> <math id="m46"> <mrow> <msub> <mi> C</米我><米n>1</gydF4y2Ba米n></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>粘滞摩擦系数,<我nl我ne-formula id="inf36"> <math id="m47"> <mrow> <msub> <mover accent="true"> <mi> θ</米我><米o>˙</gydF4y2Ba米o></米over><米我> k</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是膝盖的角速度水平,<我nl我ne-formula id="inf37"> <math id="m48"> <mrow> <msub> <mi> C</米我><米n>2</gydF4y2Ba米n></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是恒定摩擦系数,符号函数决定的方向转矩基于角速度。然而,没有一个齿轮制造商提供上述系数。因此,我们修改我们的扭矩模型,(7),如下所示</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e12"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米fr一个c><米row> <msub> <mi> T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> −</米o><米年代ub><米我>T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> <mi> η</米我></米fr一个c></mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>12</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf38"> <math id="m50"> <mrow> <mi> η</米我></米row> </math> </inline-formula>是系统效率,主要是齿轮传动比的函数。确定系统的效率,我们使用供应商的规范文档,齿轮传动比的效率被定义为一个函数。注意,锥齿轮和行星齿轮从供应商提供的选项中选择,尺寸和重量是合理的可穿戴设备。</p><h4>2。4。3估计用户的额外的代谢能力</h4><pcl一个年代年代="mb0"> <inline-formula id="inf39"> <math id="m51"> <mrow> <mo> Δ</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>估计额外的代谢消耗用户时穿着的收割机相比,他/她的代谢率走路时没有设备。因此,</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e13"> <mrow> <mi mathvariant="italic"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米年代ub年代up><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> h</米我><米我>一个</米我><米我>r</gydF4y2Ba米我><米我>v</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我><米我>t</gydF4y2Ba米我><米我>我</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> −</米o><米年代ub><米年代ub年代up> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> N</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米o>_</gydF4y2Ba米o><米我>d</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>v</gydF4y2Ba米我><米我>我</米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> ⋅</米o></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>13</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 的模型<我nl我ne-formula id="inf40"> <math id="m53"> <mrow> <mi mathvariant="italic"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>给药</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e14"> <mrow> <mi mathvariant="italic"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米n>4.0</gydF4y2Ba米n><米年代ub年代up><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> P</米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msubsup> <mo> +</米o><米n>0.8</gydF4y2Ba米n><米年代ub年代up><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> N</米我><米我>E</gydF4y2Ba米我><米我>G</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> +</米o><米我米一个thv一个r我ant="normal"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>14</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf41"> <math id="m55"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> P</米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>的机械功率设备需要从用户在积极的阶段,这是乘以四估计代谢率的变化。<我nl我ne-formula id="inf42"> <math id="m56"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> <mrow> <mi> N</米我><米我>E</gydF4y2Ba米我><米我>G</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>机械功率(负值)设备提供的联合,从而减少肌肉工作。</p><pcl一个年代年代="mb0"> <inline-formula id="inf43"> <math id="m57"> <mrow> <mo> Δ</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是用户缴费结果的收割机因其对身体的重量和位置。将机械功转换为代谢率的系数<一个href="#e14">(14)</一个>是基于(<一个href="#B10">Margaria 1968</一个>)。</p><pcl一个年代年代="mb0">模型的质量对身体的影响,我们使用方程(<一个href="#B17">Schertzer Riemer, 2015</一个>),这导致了</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e15"> <mrow> <mi mathvariant="italic"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mrow> <mo> (</米o><米row> <mi> d</米我><米我>米</米我><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>年代</米我><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>l</gydF4y2Ba米我></米row> <mo> )</米o></米row> <mo> =</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mrow> <mo> (</米o><米row> <mi> d</米我><米我>米</米我><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>年代</米我><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>l</gydF4y2Ba米我></米row> <mo> )</米o></米row> <mo> −</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mrow> <mo> (</米o><米row> <mn> 0</米n><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>年代</米我><米o>,</gydF4y2Ba米o><米我>l</gydF4y2Ba米我></米row> <mo> )</米o></米row> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>15</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf44"> <math id="m59"> <mrow> <mi mathvariant="normal"> Δ</米我><米年代ub><米我> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>的区别是在给定位置的代谢率的附加质量对身体,dm设备质量,S是步行速度,L是设备质量对身体的位置。的不同组合的优化,电动机和齿轮只影响设备质量和质心的位置在大腿上。计算的差异没有外骨骼行走的代谢率和质量在给定速度为1.3米/秒,下面的代谢率预测方程(<一个href="#B17">Schertzer Riemer, 2015</一个>)使用:</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e16"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> <mrow> <mi> b</米我><米我>一个</米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> =</米o><米我米一个thv一个r我ant="italic"> 经验值</米我><米row> <mo> (</米o><米row> <mn> 0.51</米n><米o>+</gydF4y2Ba米o><米n>0.22</gydF4y2Ba米n><米我>年代</米我><米o>+</gydF4y2Ba米o><米n>0.011</gydF4y2Ba米n><米我>d</gydF4y2Ba米我><米我>米</米我></米row> <mo> )</米o></米row> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>16</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> <div class="equationImageholder"> <math id="e17"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> <mrow> <mi> k</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> =</米o><米我米一个thv一个r我ant="italic"> 经验值</米我><米row> <mo> (</米o><米row> <mn> 0.59</米n><米o>+</gydF4y2Ba米o><米n>0.206</gydF4y2Ba米n><米我>年代</米我><米o>+</gydF4y2Ba米o><米n>0.059</gydF4y2Ba米n><米我>d</gydF4y2Ba米我><米我>米</米我></米row> <mo> )</米o></米row> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>17</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf45"> <math id="m62"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> <mrow> <mi> b</米我><米我>一个</米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>是携带大量的代谢率(腰部),然后呢<我nl我ne-formula id="inf46"> <math id="m63"> <mrow> <msubsup> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>一个</米我><米我>年代</米我><米我>年代</米我></米row> <mrow> <mi> k</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>膝盖是相应的代谢率。可以看到,这些方程适用于群众抬在背部、腰部和膝盖水平;因此,插值被要求使他们适用于大腿。穿的代谢率设备使用线性插值计算,考虑质心的位置之间的膝盖和背部(腰部)。</p><pcl一个年代年代="mb0">最后,计算<我nl我ne-formula id="inf47"> <math id="m64"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>(14),机械功率(正面或负面),用户缴费或接收由于收割机机制,使用以下方程:</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e18"> <mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>c</gydF4y2Ba米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <mo> =</米o><米row> <mo> (</米o><米row> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub><米o> +</米o><米年代ub><米我>T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> <mo> )</米o></米row> <msub> <mi> ω</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> −</米o><米年代ub><米我>T</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> <msub> <mi> ω</米我><米我>k</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>18</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf48"> <math id="m66"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是转矩引起的惯性和角加速度,在吗<一个href="#e9">(9)</一个>;<gydF4y2Ba我nl我ne-formula id="inf49"> <math id="m67"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>摩擦力矩,给出吗<一个href="#e11">(11)</一个>;和<我nl我ne-formula id="inf50"> <math id="m68"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> g</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>发电机主动扭矩,(8)。</p><h4>2。4。4优化配方和约束</h4><pcl一个年代年代="mb0">优化的目标是最小化TCOH。因此,优化问题,给出了<一个href="#e2">(2)</一个>这里重复为了方便,如下:</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e19"> <mrow> <mi mathvariant="italic"> 最小值</米我><米o>⁡</gydF4y2Ba米o><米我>T</gydF4y2Ba米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>H</gydF4y2Ba米我><米o>=</gydF4y2Ba米o><米fr一个c><米row> <mo> Δ</米o><米年代ub><米我>P</米我><米row> <mi> 米</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我><米我>t</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mrow> <msub> <mi> P</米我><米row> <mi> e</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米row> </msub> </mfrac> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>2</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 受<d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e20"> <mrow> <mi mathvariant="normal"> 米</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 一个</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 我</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米text> </mtext> <mi mathvariant="normal"> C</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> o</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 年代</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> t</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> r</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 一个</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 我</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> t</米我><米o>:</gydF4y2Ba米o><米text> </mtext> <mrow> <mo> {</米o><米年代ub年代up><米我> T</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msubsup> <mo> ≤</米o><米我>b</gydF4y2Ba米我><米年代ub年代up><米我> T</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米row> <mi> h</米我><米我>u</gydF4y2Ba米我><米我>米</米我><米我>一个</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> <mo> ,</米o><米n>0</gydF4y2Ba米n><米o><</gydF4y2Ba米o><米我>b</gydF4y2Ba米我><米o><</gydF4y2Ba米o><米n>1</gydF4y2Ba米n></米row> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>19</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> <div class="equationImageholder"> <math id="e21"> <mrow> <mi mathvariant="normal"> 年代</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> e</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> c</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> o</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> d</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 一个</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> r</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> y</米我><米text> </mtext> <mi mathvariant="normal"> C</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> o</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 年代</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> t</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> r</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 一个</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 我</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> n</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> t</米我><米我米一个thv一个riant="normal"> 年代</米我><米o>:</gydF4y2Ba米o><米text> </mtext> <mrow> <mo> {</米o><米t一个blecolu米n一个lign="left"> <mtr> <mtd> <mrow> <mi> G</米我><米o>。</米o><米我>R</gydF4y2Ba米我><米o><</gydF4y2Ba米o><米n>512年年</米n></米row> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msup> <mo> <</米o><米n>15</gydF4y2Ba米n><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> N</米我><米我>米</米我></米row> <mo> ]</米o></米row> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi> e</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> ></米o><米n>3</gydF4y2Ba米n><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> V</米我></米row> <mo> ]</米o></米row> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> <mo> <</米o><米n>10</gydF4y2Ba米n><米row> <mo> (</米o><米row> <mi> 一个</米我></米row> <mo> ]</米o></米row> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mrow> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>20.。</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf51"> <math id="m72"> <mrow> <mi> T</米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我>O</gydF4y2Ba米我><米我>H</gydF4y2Ba米我></米row> </math> </inline-formula>是成本函数。主要的优化是有界约束(19)<我nl我ne-formula id="inf52"> <math id="m73"> <mrow> <msubsup> <mi> T</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>是系统的总扭矩适用于膝盖时样品吗<我nl我ne-formula id="inf53"> <math id="m74"> <mrow> <mi> n</米我></米row> </math> </inline-formula>,因为在<一个href="#e7">(7)</一个>,<gydF4y2Ba我nl我ne-formula id="inf54"> <math id="m75"> <mrow> <msubsup> <mi> T</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米row> <mi> h</米我><米我>u</gydF4y2Ba米我><米我>米</米我><米我>一个</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米row> </msubsup> </mrow> </math> </inline-formula>是人类正常的平均转矩形象走在时间样本吗<我nl我ne-formula id="inf55"> <math id="m76"> <mrow> <mi> n</米我></米row> </math> </inline-formula>他们的步态周期,给出了(<一个href="#B26">2009年冬天,</一个>)。<e米>b</egydF4y2Ba米>之间的比率是一个标量,它定义了扭矩的装置适用于用户和用户产生的扭矩走路时没有设备。虽然最优比(<e米>b</egydF4y2Ba米>)是未知的(<一个href="#B19">Shepertycky et al ., 2021</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B14">Riemer和夏皮罗,2011年</一个>),基于初步测试原型早些时候在我们实验室的结果<一个href="#B3">柯林斯et al。(2015)</一个>(他发现设备的最佳弹簧刚度略低于一半的脚踝僵硬),我们定义的最优比例<我nl我ne-formula id="inf56"> <math id="m77"> <mrow> <mi> b</米我><米o>=</gydF4y2Ba米o><米n>0.5</gydF4y2Ba米n></米row> </math> </inline-formula>。</p><pcl一个年代年代="mb0">不等式约束的<一个href="#e20">(20)</一个>代表的物理限制的系统组件的收割者。齿轮传动比的上界是根据数据表选择的顶点行星gearbox-AM032系列三个阶段(顶点动力学,长岛,纽约,美国)。这些行星变速箱是适合我们的收割机,因为它们使应用程序的最大扭矩15海里的膝盖,这是超过一半的膝关节的最大扭矩在K3 K4阶段。此外,他们的重量和大小合适的可穿戴设备。请注意,我们没有收获K1,因为它需要一个更高的齿轮传动比K3, K4。</p><pcl一个年代年代="mb0">优化控制的转矩的收割者形象。这个扭矩概要设计是基于我们自己的电动控制器(<一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B15">Rubinshtein et al ., 2014</一个>),在我们行走的实验结果。<我nl我ne-formula id="inf57"> <math id="m78"> <mrow> <msub> <mi> e</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>收割机是在发电机的输出电压,并受功率级的最大转化率<我nl我ne-formula id="inf58"> <math id="m79"> <mrow> <mo> (</米o><米row> <msubsup> <mi> 一个</米我><米row> <mi> c</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>v</gydF4y2Ba米我></米row> <mi mathvariant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up></mrow> <mo> )</米o></米row> </math> </inline-formula>和最大输出电压<我nl我ne-formula id="inf59"> <math id="m80"> <mrow> <mo> (</米o><米row> <msubsup> <mi> e</米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我米一个thv一个riant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up></mrow> <mo> )</米o></米row> </math> </inline-formula>。因此,电压是由最低收成</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e22"> <mrow> <msubsup> <mi> e</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> <mi mathvariant="italic"> 最小值</米我></米年代ub年代up><米o> =</米o><米年代ub年代up><米我> e</米我><米我>C</gydF4y2Ba米我><米我米一个thv一个riant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up><米o> /</米o><米年代ub年代up><米我> 一个</米我><米row> <mi> c</米我><米我>o</gydF4y2Ba米我><米我>n</gydF4y2Ba米我><米我>v</gydF4y2Ba米我></米row> <mi mathvariant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up><米o> ⋅</米o></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>21</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 应该注意的是,如果存储电容器并不完整,它可能仍然可以收获,但这种情况无法保证。因此,在优化算法,我们没有选择当收获能量<我nl我ne-formula id="inf60"> <math id="m82"> <mrow> <msub> <mi> e</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>小于3 V。最后一个约束<我nl我ne-formula id="inf61"> <math id="m83"> <mrow> <msubsup> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> <mi mathvariant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up></mrow> </math> </inline-formula>,这是变频器的额定的最大电流<我nl我ne-formula id="inf62"> <math id="m84"> <mrow> <mo> (</米o><米row> <msubsup> <mi> 我</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> <mi mathvariant="italic"> 马克斯</米我></米年代ub年代up><米o> =</米o><米n>10</gydF4y2Ba米n></米row> <mo> )</米o></米row> </math> </inline-formula></p> <p class="mb0">我们应用优化水平走在输入运动膝关节角平均数据。收获的时间算法是基于映射的平均膝关节角剖面平均-权力配置文件。在以前的实验中,我们发现重大差异科目对阶段的开始和结束时间的膝盖做负功(<一个href="#B21">Shkedy Rabani et al ., 2022</一个>)。因此,为了避免应用一个不正确的扭矩概要文件(即在步态。,oneth一个twould lead to harvesting during positive power phases), the harvesting started at one standard deviation after our algorithm detected the start of the negative phase and ended at one standard deviation before the end of the negative phase. The optimization was solved using an in-house algorithm that is based on a grid search of the discretized parameter space. The optimization parameters are the electrical current through the generator (vector of 100 data points, where each point can be assigned a value from 0 to 10 A), the gear ratio (from 50 to 512 in steps of 1), and the motor (e.g., rotor inertia, torque constant, terminal resistance, nominal maximum current, speed constant, and mass). The algorithm was implemented in Matlab (MathWorks, Natick, MA, United States) and is represented in<一个href="#F3">图3</一个>。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图3</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g003.jpg" name="Figure3" target="_blank"><img id="F3" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g003.jpg"></a> <p><b>图3</b>gydF4y2Ba。优化算法的框图,穿过所有的州,发现最好的。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <p class="mb0">为了演示我们的优化算法,我们测试了11种不同的直流无刷电机,根据我们的工程判断以及其他人的经验(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>),可以很好的候选人。因此,我们测试了电机(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>)和其他汽车符合以下标准:质量小于250克,电力从10到100 W,电压从10到60 V(我们的系统无法与高输入电压函数)。这个框架的开发人员可以使用其他设备来测试不同的汽车和找到最好的电动机的应用程序。为方便起见,所有汽车都是由Maxon (Sachseln、瑞士)。他们在机械和电气特性不同,所示<一个href="#T1">表1</一个>。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 表1</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t001.jpg" name="Table1" target="_blank"><img id="T1" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t001.jpg"></a> <p><b>表1</b>gydF4y2Ba。汽车的机械和电气规范。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h4>2.4.5构建和测试能量收割机</h4><pcl一个年代年代="mb0">评估我们的模型,两个外骨骼,建造了一个用于每条腿,根据优化结果(列表中提供的组件和它们的质量<一个href="#h15">附录B</一个>)。两个实验被执行。首先是用一个男性主题(1.8米,85公斤)与设备行走而扭矩计(迷你45,ATI,先端、数控、美国)是安装在膝关节(<一个href="#h16">附录C</一个>)。</p><pcl一个年代年代="mb0">这个实验旨在验证我们的建模预测(扭矩和能量收获)。在接下来的实验中,我们研究了不同收获水平对代谢的变化的影响。四个男性受试者(181.5±2.6厘米,85.3±7.5公斤,28-32年)穿两个矿车,每条腿之一,每台设备单独控制(去掉了扭矩计以减少设备质量)。他们在跑步机上走1.3米/秒的速度在六种不同的条件下:机械断开连接(穿设备重量)和收获的五个州(15%,22.5%,30%,37.5%,50%),每一个代表的阻力扭矩应用于膝关节基于正常步态数据(<一个href="#B21">Shkedy Rabani et al ., 2022</一个>)。每个条件都申请了7分钟的时间走路,最后3分钟的条件被用来计算代谢率。每个条件之间,有一个5分钟休息时间。收获的顺序是随机的。受试者完成了实验两次;第一次会议是为训练目的,让受试者适应设备,而第二个会话是一个报道。两次之间的时间间隔范围从1到3周。收获机控制器嵌入式设备,使用PIC24FJ32GA102单片机来控制发电机的转矩和运行检测算法(确定收获阶段基于实时膝关节角)。单片机消耗大约0.25 W的操作。自一个特定load-oriented电压控制回路尚未意识到,并防止过电压卸载时,使用倾销电阻器与自主控制。 We also used this resistor to calculate the electrical power output (average of the last 3 min). Further information on the harvesting system can be found in (<一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B15">Rubinshtein et al ., 2014</一个>)。代谢率是衡量使用夸克系统(cosm、罗马、意大利)。<一个href="#F4">图4</一个>给出了实验装置。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图4</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g004.jpg" name="Figure4" target="_blank"><img id="F4" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g004.jpg"></a> <p><b>图4</b>gydF4y2Ba。实验系统包括Matlab图形用户界面(GUI),它集收获水平和收集实验数据;代谢系统;每条腿能量收割机;每条腿和收割控制器,确定什么时候收获多少(基于收获级别)。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h4>2.4.6统计分析</h4><pcl一个年代年代="mb0">我们首先测试是否为该集团,有一个条件的影响(即。、收获状态)在电力和代谢率。接下来,为每个单独的主题中,我们使用breath-to-breath数据,以确定是否存在一个条件对代谢率的影响。在这两种情况下,我们使用单因素方差分析与事后图基诚实的显著差异HSD检验的显著性水平<e米>p</egydF4y2Ba米>小于0.05。</p><一个我d="h4" name="h4"></a> <h2>3结果与讨论</h2><h3cl一个年代年代="pt0">3.1优化</h3><pcl一个年代年代="mb0">优化过程中取得最佳的传动比和扭矩最小化代价函数(TCOH)的汽车。<一个href="#F5">图5</一个>介绍了电动机没有结果。323218年取得最好的TCOH。提出了汽车之间的比较<一个href="#T2">表2</一个>。即使所有设备的汽车被认为是优秀的候选人,有大约6倍的差异优化代价函数的值在不同的模型。齿轮和马达组合质量的变化导致的差异小于不同组合之间的一个代谢W。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图5</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g005.jpg" name="Figure5" target="_blank"><img id="F5" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g005.jpg"></a> <p><b>图5</b>gydF4y2Ba。优化电机没有结果。323218年。<b>(gydF4y2Ba一)</b>gydF4y2Ba最好的TCOH齿轮传动比的函数。<b>(B)</b>gydgydgydF4y2BaF4y2BaF4y2Ba最好的改变代谢能力,电力生产的数量,作为齿轮传动比的函数。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 表2</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t002.jpg" name="Table2" target="_blank"><img id="T2" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t002.jpg"></a> <p><b>表2</b>gydF4y2Ba。每个汽车的优化结果。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <p class="mb0">在使用的概念设计优化,发电机是刚性连接的支撑机制的步态阶段和造成机械扭矩电阻在积极的工作阶段(在这些阶段,更多的扭矩电阻会增加代谢工作)。因此,优化有利于发电机低有效莫伊(电机和齿轮传动比的函数),因为这降低了机械阻力在积极合作阶段,当发电机是不活跃的(零电流;看到<一个href="#F6">图6</一个>)。因此,前7个发电机通过相对较低。前三名有相同的电机设计有不同的电气性能。这些结果的偏爱汽车齿轮组合与变化<一个href="#B19">Shepertycky et al。(2021)</一个>改善之前的设备(<一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>)和结果(<一个href="#B16">Rubinshtein et al ., 2012</一个>;<gydF4y2Ba一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>)。此外,需要注意的是,优化考虑用户的工作。解决方案,比如更高的齿轮比率可能产生更多的电力,但他们降低系统的转换效率,增加用户的惰性,因此需要更多的努力,尤其是在步态的non-harvesting阶段。这避免了优化。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图6</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g006.jpg" name="Figure6" target="_blank"><img id="F6" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g006.jpg"></a> <p><b>图6</b>gydF4y2Ba。最优转矩配置文件示例(发电机没有收获50%水平。323218年),<我nl我ne-formula id="inf68"> <math id="m90"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>h</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是人类行走步态扭矩标准配置文件(<一个href="#B26">2009年冬天,</一个>一个83公斤的人类)了,<我nl我ne-formula id="inf69"> <math id="m91"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>g</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是优化发电机转矩概要文件应用到膝盖,<我nl我ne-formula id="inf70"> <math id="m92"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>的转矩用户由于惯性矩,<我nl我ne-formula id="inf71"> <math id="m93"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米我>f</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>摩擦制动转矩,<我nl我ne-formula id="inf72"> <math id="m94"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>是总转矩系统适用于膝盖。阴影区域能量收获的阶段。请注意,我们没有尝试收获K3的整个持续时间和K4由于人口的变化。x轴是规范化的步态周期的比例跟联系(HC) HC。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h3 class="pt0">3.2模型验证</h3><pcl一个年代年代="mb0">使用电动机没有收割设备。323218(Ø22 EC-4pole 22毫米)和齿轮传动比243:1,3:1锥齿轮和81:1行星齿轮。验证系统转矩模型,外部扭矩计安装在收割机。收获的扭矩计读数与扭矩概要文件的模型。比较了好几转矩形象和水平,对于每一个级别,在大约15周期的主题走在1.3 m / s。这些实验显示模型和转矩之间的拟合优度计<e米>R</egydF4y2Ba米><年代up>2</gydF4y2Ba年代up>= 0.87<gydF4y2Ba一个href="#F7">图7</一个>。进一步,两个计算设备的总效率进行:1)根据规范计算的两个齿轮(顶端85%,斜95%)电气收获系统的88% (<一个href="#B2">赛尔维拉et al ., 2016</一个>)。因此,这个计算结果在大约71%的效率。2)使用扭矩计计算输入机械能,电气发电效率计算大约65%。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图7</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g007.jpg" name="Figure7" target="_blank"><img id="F7" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g007.jpg"></a> <p><b>图7</b>gydF4y2Ba。的例子对比扭矩计结果和模型在三步态周期。<我nl我ne-formula id="inf73"> <math id="m95"> <mrow> <msub> <mi> T</米我><米row> <mi> 年代</米我><米我>y</gydF4y2Ba米我><米我>年代</米我></米row> </msub> </mrow> </math> </inline-formula>转矩预测系统应用在膝盖。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h3 class="pt0">3.3实验结果</h3><pcl一个年代年代="mb0">主题,增加收获扭矩水平导致增加电力输出(<一个href="#F8">图8</一个>),方差分析表明,有一个显著差异之间的电力输出条件(<e米>p</egydF4y2Ba米><0。05),事后图基HSD实证测试只显示有显著差异的条件。例如,22.5%的收获水平没有明显不同于15%或30%的水平,但它是不同于37.5%和50%的水平。代谢变化相对于步行与设备断开连接的计算为每个对象的每个收获水平(<一个href="#F8">图8 b</一个>)。方差分析结果显示整体(即。,一个cro年代年代一个ll主题年代),the effect of the harvesting level on the metabolic change was significant, and the post hoc tests revealed that the 30% level was significantly different from the 50% condition. When testing the metabolic rate at the different experimental conditions for each of the subjects, the following results were obtained. For Subject 1, the 30% harvesting level (corresponding to the lowest value of metabolic change) was significantly different from all the other conditions. For Subject 2, the 15% condition was statistically different from the 22.5%, 30%, and 50% conditions but not from the 37.5% condition. For Subject 3, the 30% condition was different from all other conditions except 37.5%. For Subject 4, all the conditions were different from the 50% condition. Note that negative values in<一个href="#F8">图8 b</一个>表明电能而生成代谢能力(工作)是减少(比断开连接的条件)。这些结果表明,收获的设备应该是特定的主题。这是符合的结果,显示不同程度的收获导致不同个体不同的代谢能力的变化值(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>)]。以及结果,这表明个体优化驱动使用human-in-the-loop方法可以提高外骨骼的性能相对于一个通用的模式(<一个href="#B27">Zhang et al ., 2017</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B8">李et al ., 2018</一个>)。因此,未来矿车应该定制他们的最终扭矩概要文件使用这种方法。此外,许多外骨骼,附着在身体为每个主题(如定制的。,16],which improves the energy transfer between the exoskeleton and enhances users’ comfort.</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图8</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g008.jpg" name="Figure8" target="_blank"><img id="F8" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g008.jpg"></a> <p><b>图8</b>gydF4y2Ba。实验的结果在四个科目。<b>(gydF4y2Ba一)</b>gydF4y2Ba电力系统的输出为每个主题六点收获水平。<b>(B)</b>gydgydgydF4y2BaF4y2BaF4y2Ba代谢变化相对于步行与设备断开连接(重量)。图数据<一个href="#h17">附录D</一个>。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <p class="mb0">比较模型的预测和实验结果(平均<一个href="#F9">图9</一个>)透露,收获能量相似在这两种情况下,虽然略高值实验结果在低收获水平。这可以解释为设备管理的收获比限制在较低电压模拟。关于收获之间的代谢差异和机械分离条件(<一个href="#F9">图9 b</一个>),而该模型预测连续减少代谢与收获水平的增加,实验结果显示一个复杂的形状,最低为30%,大量增加代谢能力为50%。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图9</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g009.jpg" name="Figure9" target="_blank"><img id="F9" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g009.jpg"></a> <p><b>图9</b>gydF4y2Ba。对比实验的平均结果的预测和仿真。<b>(gydF4y2Ba一)</b>gydF4y2Ba电力收获。<b>(B)</b>gydgydgydF4y2BaF4y2BaF4y2Ba代谢能力。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <h3 class="pt0">3.4的局限性和未来的工作</h3><pcl一个年代年代="mb0">在这项研究中,我们使用一个模型基于的工作<一个href="#B10">Margaria et al。(1968)</一个>,这与机械功由身体的代谢率。这个模型是评估使用实验数据倾斜和水平地面上行走,发现是一个不错的选择(R2 > 0.9)相比更复杂的模型,包括肌肉(<一个href="#B7">Koelewijn et al ., 2019</一个>)。然而,在我们的实验中,还观察到<一个href="#B3">柯林斯et al。(2015)</一个>,在某种程度上增加代谢率随着设备联合水平提供更多的援助。我们认为,这可能是由于几种机制。首先,最近的研究表明,即使与肌肉(更复杂的模型<一个href="#B25">Umberger et al ., 2003</一个>)仿真没有找到相同的最佳援助扭矩实验中发现(<一个href="#B6">弗兰克斯et al ., 2020</一个>)。其次,还在以前的研究(<一个href="#B24">田et al ., 2016</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B4">Dembia et al ., 2017</一个>),在我们的优化有一个假设的行走的运动学和动力学不改变负载。然而,尽管这适用于低负荷,对于高负载,似乎影响关节的行走模式上的负载(<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>),(<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>)。替代上面的方法可能是使用实验结果来创建一个函数,与收获的代谢能力的变化,并利用这个关系在未来设备的优化设计。</p><pcl一个年代年代="mb0">对于未来的工作,<一个href="#B19">Shepertycky et al。(2021)</一个>最近建成并测试了一个装置,减少代谢的努力相比,走路没有电力的设备而生产0.25 W末的摇摆运动。目前设备无法减少整个代谢工作(即。,walking with no device compared with walking with the activated device). However, the design (with the motor connected with no clutch mechanism) enabled harvesting energy during both flexion and extension. This enables more potential energy to be harvested, for example, in our 30% condition, in which the best for most of the subject. The device harvested an average electrical power of 4.8 W while reducing the metabolic power by 8.26 W compared to walking with the harvester as a dead weight. Using the framework proposed by<一个href="#B17">Schertzer Riemer et al。(2015)</一个>理论上,我们发现,一个收割机的质量小于0.5公斤可以生产大约5 W,这是最好的结果实现了40倍(<一个href="#B19">Shepertycky et al ., 2021</一个>),将减少代谢的努力。应该注意的是,我们目前的能量收割机是一个原型,是为了测试一个概念。当使用该设备在这些试点实验,我们能够生成平均12 W在走在转矩大约80%的水平。因此,设计30%的扭矩水平可以通过使用一个更小的电动机和较轻的结构,力和力矩小。进一步减少设备的质量可以通过使用碳纤维等材料,具有抗拉strength-to-mass比率是2到4倍7075 T6铝,我们使用。结构,这意味着可以拥有相同的负载会轻两到四倍。</p><pcl一个年代年代="mb0">本研究测试了一个膝盖能发电的能量采集装置在关节的机械-步态的工作阶段,弯曲和扩展。K3,因此,它可以收获K1和K4,相对于以前的矿车,只能收获摇摆(K4、末<一个href="#F2">图2</一个>)。我们优化首选发电机有效低莫伊。这是有利的对于直接驱动的设计,与高莫伊(单向滚柱离合器<一个href="#B5">Donelan et al ., 2008</一个>;<gydF4y2Ba一个href="#B20">Shepertycky和李,2015年</一个>),可能导致脱离发电机摇摆末末的阶段。这种分离是由于大动能储存电收获需要删除减缓发电机的角速度,速度需要按照提供的角速度膝盖发电机(<一个href="#B16">Rubinshtein et al ., 2012</一个>)。进一步,高效的莫伊意味着系统是专为一个特定的步态和不会工作在其他条件(如慢步行步骤或运行)。因此,较低的直接激励方法莫伊应该使收获更多能源和其他条件更消极合作水平行走(如运行)(<一个href="#B13">Riemer et al ., 2021</一个>)。最近发展的外骨骼与再生制动装置(<一个href="#B28">朱et al ., 2019</一个>),它可以获取和返回能源和提供援助时,联合执行或正面或负面的工作。因此,我们的结果可能支持的努力建立外骨骼最少需要外部力量可以根据需要改变他们的辅助转矩的概要文件。</p><一个我d="h5" name="h5"></a> <h2>4结论</h2><pcl一个年代年代="mb15">在这项研究中,我们提出了一种优化方法设计的能量收割机行走系统水平。这种方法使测试许多不同的电动机和齿轮组合和开发人员可以使用的其他设备达到最佳设计的应用程序。此外,我们的设备使我们能够获取能量从步态阶段,不仅从摇摆的阶段。我们对所有受试者实验表明,至少有一名收割情况生成电能所需的代谢能力接近于零或小于零。这些结果表明,一个打火机,类似的设计可以提高用户代谢性能在未来。</p><一个我d="h6" name="h6"></a> <h2>数据可用性声明</h2><pcl一个年代年代="mb15">原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。</p><一个我d="h7" name="h7"></a> <h2>道德声明</h2><pcl一个年代年代="mb0">涉及人类受试者的研究回顾和批准本-古里安大学的内盖夫,比尔,以色列。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。</p><一个我d="h8" name="h8"></a> <h2>作者的贡献</h2><pcl一个年代年代="mb0">毫克的模拟控制器和建筑设备和代码,BL-A改善能量收割机的设计和编写代码的控制器和执行实验工作。帮助一些格兰特写作和顾问MG和BL-A CB-D从事数据分析。RR写所有赠款资助这项研究的发起者与所有的学生顾问模拟,设计、制造、控制、运行实验分析。所有作者的论文写作。</p><一个我d="h9" name="h9"></a> <h2>资金</h2><pcl一个年代年代="mb0">本研究部分支持的生物沙子饮用水过滤系统(2011152)MAFAT和赫尔姆斯利慈善信托基金通过农业、生物和认知机器人主动内盖夫和以色列本古里安大学的科学和技术。</p><一个我d="h10" name="h10"></a> <h2>确认</h2><pcl一个年代年代="mb03">我们要感谢阿龙赛尔维拉,主席泽Rubinshtein,酒吧Halvani,教授和Nir·雷维夫以及铁道部末底改佩雷茨和教授Shmuel Ben-Yaakov(山姆),由电气工程团队的构建和帮助操作电气收割机及其控制器。由于阿娜特Shkedy Rabani帮助实验。</p><一个我d="h11" name="h11"></a> <h2>的利益冲突</h2><pcl一个年代年代="mb0">作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。</p><一个我d="h12" name="h12"></a> <h2>出版商的注意</h2><pcl一个年代年代="mb15">本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。</p><一个我d="h13" name="h13"></a> <h2>引用</h2><d我vcl一个年代年代="References"> <p class="ReferencesCopy1"><a name="B1" id="B1"></a>布朗宁,r . 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Design and validation of a partial-assist knee orthosis with compact, backdrivable actuation.<e米>我EEE我nt。相依Rehabil。机器人。</e米>,<gydF4y2Ba年代p一个ncl一个年代年代="publisher-name">IEEE</年代p一个n>。<年代p一个ncl一个年代年代="conf-loc">多伦多,加拿大</年代p一个n>。<年代p一个ncl一个年代年代="conf-date">2019年6月28</年代p一个n>917- 924。doi: 10.1109 / ICORR.2019.8779479</p><pcl一个年代年代="ReferencesCopy2"><a href="https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31374747/">《公共医学图书馆摘要》</一个>|<gydF4y2Ba一个href="https://doi.org/10.1109/ICORR.2019.8779479">CrossRef全文</一个>|<gydF4y2Ba一个href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=Design+and+validation+of+a+partial-assist+knee+orthosis+with+compact,+backdrivable+actuation&btnG=">谷歌学术搜索</一个></p></d我v></div> <a id="h14" name="h14"></a> <h2>附录A:刷-直流转换</h2><p>gydF4y2Ba下面的一组方程定义了直流发电机的等效电路常数:</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e23"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> =</米o><米fr一个c><米row> <mn> 1</米n></米row> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>n</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </mfrac> <mo> =</米o><米fr一个c><米n>1</米n><米row> <msqrt> <mn> 3</米n></米年代qrt> <msub> <mover accent="true"> <mi> K</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> n</米我></米年代ub></米row> </mfrac> </mrow> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>22</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf74"> <math id="m97"> <mrow> <msub> <mover accent="true"> <mi> K</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> n</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是数据表的EMF常数,然后呢<我nl我ne-formula id="inf75"> <math id="m98"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>e</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于EMF常数;</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e24"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>米</米我></米年代ub><米o> =</米o><米fr一个c><米row> <mn> 1</米n></米row> <mrow> <mn> 3</米n></米row> </mfrac> <msub> <mover accent="true"> <mi> K</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> 米</米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>23</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf76"> <math id="m100"> <mrow> <msub> <mover accent="true"> <mi> K</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> 米</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是数据表动量不变,<我nl我ne-formula id="inf77"> <math id="m101"> <mrow> <msub> <mi> K</米我><米我>米</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于转矩常数;和</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e25"> <mrow> <msub> <mi> R</米我><米我>我</米我></米年代ub><米o> =</米o><米row> <mo> (</米o><米row> <mfrac> <mrow> <msqrt> <mn> 3</米n></米年代qrt> </mrow> <mrow> <mn> 2</米n></米row> </mfrac> <msub> <mover accent="true"> <mi> R</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> p</米我></米年代ub></米row> <mo> )</米o></米row> <mfrac> <mrow> <mn> 2</米n></米row> <mrow> <mn> 3</米n></米row> </mfrac> <mo> =</米o><米fr一个c><米row> <mn> 1</米n></米row> <mrow> <msqrt> <mn> 3</米n></米年代qrt> </mrow> </mfrac> <msub> <mover accent="true"> <mi> R</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> p</米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>24</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf78"> <math id="m103"> <mrow> <msub> <mover accent="true"> <mi> R</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> p</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>是数据表相间阻力恒定,<我nl我ne-formula id="inf79"> <math id="m104"> <mrow> <msub> <mi> R</米我><米我>我</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于内部阻力。</p><p>gydF4y2Ba外部负载被绑定到这个等效电路,并给出转换</p><d我vcl一个年代年代="equationImageholder"> <math id="e26"> <mrow> <msub> <mi> R</米我><米我>l</gydF4y2Ba米我></米年代ub><米o> =</米o><米fr一个c><米row> <mn> 2</米n></米row> <mrow> <mn> 3</米n></米row> </mfrac> <msub> <mover accent="true"> <mi> R</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> l</米我></米年代ub></米row> <mspace width="5em"></mspace> <mo stretchy="false"> (</米o><米n>25</gydF4y2Ba米n><米o年代tretchy="false"> )</米o></米一个th><d我vclass="clear"></div> </div> 在哪里<我nl我ne-formula id="inf80"> <math id="m106"> <mrow> <msub> <mover accent="true"> <mi> R</米我><米o>∼</gydF4y2Ba米o></米over><米我> l</米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>在三相电路、外部负载电阻和<我nl我ne-formula id="inf81"> <math id="m107"> <mrow> <msub> <mi> R</米我><米我>l</gydF4y2Ba米我></米年代ub></米row> </math> </inline-formula>相当于外部负载电阻。</p><一个我d="h15" name="h15"></a> <h2>附录B:大量的设备组件</h2><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t003.jpg" name="table3" target="_blank"><img id="T3" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t003.jpg"></a> </div> <div class="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <a id="h16" name="h16"></a> <h2>附录C:安装扭矩计</h2><p>gydF4y2Ba为了验证系统的转矩模型,我们需要能够测量扭矩,系统应用到膝盖行走时步态能量收割机收割时的能量。扭矩计是一种高沸点组分,因此需要可拆卸,以便它可以被移除一旦模型验证完成。研究中使用的扭矩计是ATI迷你45,这是一个6自由度负载细胞。挂载扭矩计,我们设计了一个适配器安装在扭矩计,锥齿轮可以连接到它<一个href="#F10">图10</一个>)。</p><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 图10</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g010.jpg" name="FIGURE10" target="_blank"><img id="F10" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-g010.jpg"></a> <p><b>图10</b>gydF4y2Ba。插图的方法安装扭矩计。<b>(gydF4y2Ba一)</b>gydF4y2Ba没有扭矩计的正常使用。<b>(B)</b>gydgydgydF4y2BaF4y2BaF4y2Ba配置附加扭矩计。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <a id="h17" name="h17"></a> <h2>附录D:实验数据表的形式</h2><d我vcl一个年代年代="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 表D1</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t004.jpg" name="TABLED1" target="_blank"><img id="TA1" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t004.jpg"></a> <p><b>表D1</b>gydF4y2Ba。代谢权力差异(Harvesting-Disconnected);粗体显示的最低数量为每个主题。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <div class="Imageheaders"> 表D2</d我v><d我vcl一个年代年代="FigureDesc"> <a href="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t005.jpg" name="TABLED2" target="_blank"><img id="TA2" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.orggydF4y2Ba" class="lazy" data-src="//www.thespel.com/files/Articles/998248/frobt-09-998248-HTML/image_m/frobt-09-998248-t005.jpg"></a> <p><b>表D2</b>gydF4y2Ba。电力生产在每个收获水平。</p></d我v><d我vcl一个年代年代="clear"></div> <div class="DottedLine"></div> <div class="thinLineM20"></div> <div class="AbstractSummary"> <p><span>关键词:</年代p一个n>生物力学膝盖能量收割机,外骨骼,减少努力,仿真,优化设计</p><p><年代p一个n>引用:</年代p一个n>迦得,中B,夏皮罗,Ben-David C和膝盖Riemer R(2022)生物力学能量收割机:优化设计和测试。<e米>前面。机器人。人工智能</e米>9:998248。doi: 10.3389 / frobt.2022.998248</p><p我d="timestamps"><span>收到:</年代p一个n>20.22年7月19日;<年代p一个n>接受:</年代p一个n>20.22年8月25日;<br><年代p一个n>发表:</年代p一个n>20.22年10月05。</p><d我v><p>编辑:</p><一个href="//www.thespel.com/loop/people/1678007/overview">Qiongfeng史</一个>新加坡国立大学,新加坡</d我v><d我v><p>审核:</p><一个href="https://loop.frontiersin.org/people/1932881/overview">Zhiran易</一个>上海交通大学,中国<br><一个href="https://loop.frontiersin.org/people/1945004/overview">刘长</一个>西北工业大学,中国</d我v><p><年代p一个n>版权</年代p一个n>©2022迦得,中,夏皮罗,Ben-David Riemer。这是一个开放分布式根据文章<一个rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" target="_blank">知识共享归属许可(CC)。</一个>使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。</p><p><年代p一个n>*通信:</年代p一个n>R一个ziel Riemer,<一个href="mailto:rriemer@bgu.ac.il">rriemer@bgu.ac.il</一个></p><d我vcl一个年代年代="clear"></div> </div> <div class="research-topic-container" style="display: none;"> <a href="//www.thespel.com/research-topics/35861" data-test-id="relatedRT-link"> <div class="research-topic-data"> <h5 class="topic-title"><span>本文是研究课题的一部分</年代p一个n></h5><p年代tyle="margin-bottom:0;">利用能量收集技术来获取能量从人类运动驱动可穿戴电子、传感器、和物联网设备</p><d我vcl一个年代年代="topic-link-trim" data-event="rt-link-click"> 查看所有3篇文章<年代p一个n年代tyle="position: relative;top: 1px;"></span> </div> </div></a> </div>   <div class="thin-line-dark"></div> </div> </div> </div> </main> </div> <div class="side-article-subjects only-devices widget-listing people-also-looked-at hidden"> <h5 class="like-h4">人也看了</h5></d我v></d我v></div> </div> <div id="divTemplates"> <div class="modal fade modal-container impact-modal-container" data-backdrop="static" id="impactModal" tabindex="-1" role="dialog" aria-labelledby="myModalLabel" aria-hidden="true"></div> <div class="modal fade modal-container supplementary-modal-container" data-backdrop="static" data-keyboard="false" id="supplementaryFilesModal" tabindex="-1" role="dialog" aria-labelledby="mySupplementaryModalLabel" aria-hidden="true" style="display: none; padding-right: 17px;"></div> <div class="modal fade modal-container notifyme-modal-container" data-backdrop="static" id="notifyModal" tabindex="-1" role="dialog" aria-labelledby="Notify on publication" aria-hidden="true"></div> </div> </div> <a id="floating-download-pdf-btn" class="floating-button" data-event="downloadfloating-button-click" href="//www.thespel.com/articles/10.3389/frobt.2022.998248/pdf"><span class="floating-button-text" data-event="downloadfloating-button-click">下载</年代p一个n></一个><frontiers-footer main-domain="frontiersin.org"></frontiers-footer>   </body> </html>

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