多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析

外骨骼助力机器人突破了传统运载工具易受地形条件影响的限制,在军用领域和民用领域都展现了巨大的应用前景,是当前各国研究的热点。从负重外骨骼助力机器人和康复外骨骼助力机器人两个方面,综述了国内外多关节外骨骼助力机器人的发展现状。重点分析了人机匹配性设计、驱动方式、步态检测、人机协同行走控制策略以及助力效果评估等关键技术,并对多关节外骨骼助力机器人今后的研究方向及研究重点进行了展望。     

人体助力行走机器人关键技术分析

人体助力行走机器人具有增强人体负重能力、降低人体行进中能量消耗及能够适应复杂路面的功能,逐渐成为机器人领域的研究热点.目前,人体助力行走机器人的关键技术有:人体助力行走机器人的机构设计,人体助力行走机器人的驱动单元,人体助力行走机器人姿态感知方案和人体助力行走机器人的行走控制策略.     

基于力位混合控制的踝关节外骨骼机器人四段式助力技术

外骨骼机器人的助力策略是影响外骨骼机器人助力效率的关键因素。相对于平地行走模式下的外骨骼机器人,坡地行走模式的助力机器人助力机理尚不明确。针对上述问题,以人体运动特征为切入点,研究坡地行走模式下的关节做功规律,阐述人体关节运动机理,并提出力位混合控制的四段式踝关节外骨骼助力策略。进一步研制柔性踝关节助力外骨骼机器人,并通过关节力矩与代谢试验验证该助力外骨骼机器人的助力效率。研究结果表明,坡地行走过程中,外骨骼机器人能够提供人体运动所需7%的关节运动力矩,并能够降低约3.5%的行走代谢能耗。     

基于力控的助力双轮拖车载荷

为拓展四足仿生机器人的运输能力，提出一种助力双轮拖车载荷构型，自带动力并由四足仿生机器人牵引，从而获得更大的运输能力，同时兼顾整体的灵活机动能力，具备一定的越野能力。通过分析其运动学和动力学特点，建立双轮拖车载荷的动力学仿真模型，提出基于力控的助力控制算法，并以此为依据设计双轮拖车载荷实物样机，在该样机上对算法进行验证。实验结果表明，助力双轮拖车载荷可以在满载的情况下较好地响应四足仿生机器人的运动状态，并具有一定的越野能力，极大地拓展了四足仿生机器人的运输能力。     

可穿戴的机器人——外骨骼机器人最新发展

何为外骨骼机器人 "外骨骼机器人"(ExoskeletonRobot)是指套在人体外面的机器人,也称"可穿戴的机器人". 外骨骼本来是指昆虫或甲壳类动物身体外表的骨骼,具有支撑和保护作用.     

爬杆机器人研究现状与展望

为推动爬杆机器人的发展,对爬杆机器人的现状进行分析,对其发展方向进行展望.将现有爬杆机器人分为滚动式爬杆机器人、夹持式爬杆机器人、仿生式爬杆机器人和吸附式爬杆机器人4大类,着重介绍其工作特点及国内外爬杆机器人领域中具有代表性的一些研究成果.通过对4类爬杆机器人性能对比分析,提出爬杆机器人的技术难点,并结合当前新技术的发展,从新型化、多功能化、模块化、独立化和智能化5个方面展望爬杆机器人的未来研究方向.该研究有较高的实用参考价值.     

电动物料搬运车动力转向技术的发展现状

叙述了各种动力转向系统的结构、特点、分类及应用;介绍了动力转向领域相关现状的研究工作,重点介绍了电动液压助力转向系统和电动助力转向系统的性能特点、国内外的发展及研究现状,探讨动力转向技术的发展趋势.     

空间站自动化:机器人和人工智能的作用

空间站自动化是更有效地利用宇航员、完成难以实现的或危险的维修工作和监控众多空间站子系统所必需的。在自动化系统中,智能机器人和专家系统起着很重要的作用,这两个领域在很大程度上都依赖于一般人工智能技术基础。人工智能技术为机器人工作(如环境识别和设计到达目标的途径)和专家系统工作(如子系统控制和设备维护等)提供所需的推理和规划设计能力。本文阐述了空间站自动化的概念,实现这些自动化需要的机器人和专家系统以及需要进行的研究和开发工作。文中还介绍了用于卫星服务的全自动机器人的发展计划。最后,提出了为证实自动化能力需要进行的实验顺序以及研究和开发工作。我们强调指出,高级机器人需要人工智能技术,而要进一步发展,人工智能又需要机器人提供“现实世界”的问题。     

俄媒专访俄机器人技术发展负责人

<正>前不久,俄《国防》杂志主编专访了俄国家发展机器人技术与基础元件中心主任科诺诺夫,本文为此次专访的摘译,供读者参考。探索机器人崭新发展领域记者(以下简称记):首先,请您谈谈世界和俄罗斯优先发展和使用机器人的都是哪些领域?     

俄罗斯军用地面机器人系统现状与发展趋势(下)

正总体而言,在军用地面机器人的研发与生产上,俄罗斯落后于美国、北约等发达国家。本文上篇主要介绍了俄罗斯的四类军用地面机器人系统和两种与地面机器人相关的配套系统;下篇即对俄罗斯军用地面机器人系统研制落后的原因进行分析,并对其发展方向作一预测——俄罗斯军用地面机器人系统落后原因分析俄罗斯军用地面机器人系统的主要使用领域包括:侦察;突破敌人防御;用配备的自动武器和反坦克武器压制敌方的火力对抗;排除危险弹药爆炸物;进行应急修复工作;冒着炮火从战场上后送人员和技术装     

人体下肢康复训练外骨骼的轨迹跟踪控制

为解决外骨骼机器人对目标轨迹跟踪控制的问题,对用于康复训练的下肢外骨骼机器人轨迹跟踪控制进 行研究。根据外骨骼模型的特点,采用拉格朗日方法建立摆动相动力学模型,对单腿支撑步态的摆动相进行分析, 利用Simulink 建立控制模型,结合模糊PID 算法与传统PID 算法对单位阶跃响应、方波信号、正弦信号进行对比仿 真,并对仿真结果进行评估。仿真结果表明：与传统的PID 算法相比,模糊自适应PID 具有超调量小、稳定性强等 优点。     

下肢外骨骼康复机器人轨迹跟踪控制

为帮助下肢运动障碍患者进行康复训练,提出一种基于盘式电机的下肢外骨骼康复机器人控制。依据拉 格朗日方法,建立外骨骼机器人动力学模型,利用扩张状态观测器估计系统未建模部分和外部总扰动,采用自抗扰 控制方法(active disturbance rejection control,ADRC)对其进行消除,并通过Matlab 仿真实验进行验证。仿真结果表 明：与传统的PID 控制相比,ADRC 跟踪稳定且具有更好的抗干扰能力,跟踪误差更小。     

单兵救援助力外骨骼机器人的设计与特性分析

针对单兵救援人员对装甲车内伤员实施救助时体力不足的问题,开展外骨骼辅助救援者的设计与特性分析研究。通过对人体弯腰提升过程运动机理的研究,开展救援外骨骼的机构设计、运动学与动力学分析。基于分散负载的理念,融合外骨骼方案和外肢体方案,提出一种辅助人体提升重物的并联助力机构,设计一种单兵救援提升助力系统,完成救援外骨骼的样机研制并通过实验验证了样机运动的有效性。研究结果表明：救援外骨骼机器人能够实现救援者提升过程的运动需求,并能够实现分散救援者负载、提高救援效率的目标。     

基于人体运动能力的下肢外骨骼支撑相阻抗自调整控制方法研究

针对支撑相期间下肢助力外骨骼机器人阻抗控制拟人性、柔顺性不足的问题,开展基于人体运动能力的下肢外骨骼支撑相阻抗自调整控制方法研究。通过下肢刚度特性试验测定支撑相不同阶段人体的刚度特性,分析了外骨骼阻抗与驱动器阻抗之间的非线性变化规律;设计了一种基于人体运动能力的外骨骼支撑相阻抗自调整控制系统,通过重力补偿和系统摩擦力辨识确保阻抗自调整的准确实施,并进行了仿真与试验验证。结果表明：阻抗自调整控制方法能够确保外骨骼较好地跟随预设位移曲线,满足支撑相外骨骼不同阶段的柔顺需求;所得成果可为改善外骨骼行走人机耦合性、研究完整行走步态外骨骼柔顺控制提供支撑。     

新型爬壁机器人磁吸附单元优化设计

为满足爬壁机器人负载能力和运动灵活性的要求,提出了一种新型变磁力吸附单元机构。首先介绍了机构的构型并建立了三维磁场模型,然后基于有限元方法对新型磁吸附单元的磁场进行了分析,得到了其磁感应强度分布和磁吸附力。运用ANSYS的APDL参数技术对吸附单元参数进行了优化,分析得出优化原则。通过与传统H形磁吸附机构性能参数仿真比较,表明新型结构具有永磁利用率高、最大最小吸附力比值大、自重轻而负载能力强的特点。实验验证了优化结果的准确性,为设计爬壁机器人磁吸附机构提供了依据。     

基于CFD的转管机枪助旋制退器流场超压仿真及对弹丸初速影响分析

为了研究转管机枪助旋制退装置流场超压特性及对弹丸速度的影响,运用经典内弹道方程求解流场边界条件,采用计算流体力学中的非粘性、非定常可压缩气体流动方程和动网格技术,对有、无膛口旋转制退装置的膛口流场进行了数值仿真,对弹丸的增速规律进行了计算。对2种情况的仿真结果进行了分析对比,结果表明:有助旋制退装置时膛口流场最大超压值增加约2倍,弹丸速度增加3.61 m/s。     

导弹子母战斗部自动化总装系统

针对国内外导弹子母战斗部装配现状及问题,提出自动化装配总装系统方案.利用机器人视觉识别系统辅助机器人完成重要、高危和重复性的子弹药装填;采用激光打孔技术,通过机器人位置变化和刀具的自动更换方式实现蒙皮柔性快速制孔;利用激光雷达系统实现导弹子母战斗部舱段在线实时测量;采用AGV小车进行导弹子母战斗部快速转运、对接.结果表明,该方案能显著提高导弹子母战斗部自动化装配生产效率和本质安全度.     

下肢康复训练机器人本体设计与控制系统

针对下肢运动功能障碍患者对康复训练设备的需求,设计一种能够辅助患者自主康复的下肢训练机器人。 基于人机工程学理论和现实因素设计康复机器人的3 维结构模型;根据人体的运动特点设计人体行走意图识别系统, 并对机器人的运动特性进行分析,提出基于多传感系统的机器人运动控制方案;搭建康复机器人实验样机,并对机 器人的控制效果进行测试。实验结果表明,该机器人的结构设计与控制方案具备正确性和可行性。