下肢外骨骼机器人人机腿部约束分析

外骨骼机器人摆动态由人体带动,为得到人机腿部约束设计准则,首先,对人机摆动态建立动力学模型,基于人机间作用力最小原则及人机工程学理论确定腿部绑带位置和绑带形状。其次,通过adams对尼龙材料的绑带结构带动外骨骼机器人进行随动性能仿真分析,仿真结果表明,外骨骼机器人的运动基本与人体运动一致。最后,对原理样机的人机腿部作用力进行实验检测,并与理论计算进行对比,验证外骨骼机器人摆动态由人体带动符合人机工程学原理。     

老年助行机器人结构设计及仿真分析

目前,我国已进入老龄化阶段,为了缓解老年人日常行走不便带来的问题,设计了一款可以辅助老年人日常行走的助行机器人。对现有助行机器人结构上存在的问题进行分析,提出了一种可升降结构的助行机器人设计方案,并结合人机工程学设计原则,运用UG软件进行结构设计和运动仿真。该助行机器人的升降结构仅用了一个直线电机就可以实现。仿真结果证明了机构的合理性,可以用于老年人日常行走辅助工具。     

一种上肢康复机器人机械臂的结构优化分析

设计了一种上肢康复机器人,其运动部分采用大L形悬臂梁结构来实现,因而其静态刚度和转动惯量的最小化是该机器人结构优化的主要目标。根据人机肩关节轴对齐度的要求,确定了静态刚度满足的条件;通过拓扑优化计算,对运动结构件进行了轻量化设计。通过对比优化前后的结构,表明修改后的结构力学性能明显改善,完全满足设计要求。     

康复机器人柔性关节舒适性分析与研究

康复机器人柔性关节的舒适性对保障人机接触的安全稳定运行至关重要,针对康复机器人柔性关节舒适性设计进行了分析与研究。从拟人化的角度分析了柔性关节的机械结构设计原理与要求,从生理学角度选择人机压力接触承受点,从仿生学角度建立了外骨骼柔性关节活动范围,同时重点对比分析了外骨骼柔性关节驱动系统,形成了一套完善的柔性关节仿生设计原则,为设计结构轻巧、穿戴方便、操作柔顺的柔性关节奠定了基础。     

下肢外骨骼机器人人机约束模型建立及分析

设计了一种下肢助力外骨骼机器人,建立了人体下肢与外骨骼机器人的人机系统模型,提出两种人机约束方案,并建立了D－H坐标系,根据同一约束点在不同坐标系变换后相对于原点距离不变的原理,建立了各人机约束方案的约束方程,从理论上分析了下肢外骨骼机器人对人体运动的跟随效果。分析结果表明,通过这种方法可以得到不同约束情况下下肢外骨骼机器人对人体运动的跟随情况,合理设计人机约束方案,能够实现下肢外骨骼机器人对人体运动的同步跟随。     

基于速度约束的五杆式人机合作机器人控制策略研究

提出了基于速度约束的机器人控制策略,该控制策略根据操作者的操作力、机器人轨迹偏差和当前速度,计算出控制量,实现对机器人末端轨迹的虚拟约束控制。对机器人利用该控制策略跟踪直线和圆弧两种轨迹的效果进行了仿真,结果表明该控制策略可以实现人机合作机器人对轨迹虚拟约束控制的要求。
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外骨骼机器人人机耦合控制系统研究

外骨骼机器人是机器人与穿戴者相耦合的机电一体化系统,为实现外骨骼机器人的稳定运动控制,研究了外骨骼机器人人机耦合作用情况。以机器人单个关节为研究对象,建立了关节的人机耦合双闭环控制系统,进行了外骨骼机器人的位置控制实验。实验结果表明,这种人机耦合控制系统可以实现外骨骼机器人的稳定控制。     

人机共享控制机器人系统的应用与发展

康复机器人和辅助机器人可以提高患者生存质量,受到了科研和临床等领域的广泛重视。实现该类机器人的一个重要目的是帮助残疾患者完成日常生活中的活动。其中,人机共享控制机器人系统,充分结合了人类在上层规划和机器在精细控制上的优势,具有很好的控制效果。首先介绍了几种新型的人机交互方式,并对人机共享控制机器人系统的构成与优势进行简要分析;随后结合国内外研究现状,对不同类型的人机共享控制机器人系统进行详细介绍;最后着重从新型人机交互和共享控制两个方面,展望了未来技术的研发方向。     

基于IIWA机器人的涂胶系统设计

为了节约人力成本,减少涂胶作业空间占用,实现涂胶作业过程中的人机协作,设计了一种基于iiwa机器人的涂胶系统。该系统是在iiwa机器人及SCA供胶泵的基础上完成了机器工具设计、放件台设计、电气设计及涂胶系统软件设计。测试表明,该涂胶系统满足了生产工艺要求,能够实现碰撞检测和人机协作,同时保证了作业安全性。     

两肢通用型上肢康复机器人系统设计与研究

随脑卒中等上肢运动功能障碍患者逐渐增多，上肢康复机器人的应用越来越广泛。针对现有上肢康复机器人存在质量较大、结构不紧凑、人机融合性差、移动不便以及仅适用于单侧肢体康复等问题，设计了一种满足左右两肢康复的通用型外骨骼上肢康复机器人。首先对上肢康复机器人整体结构采用SOLIDWORKS进行建模；其次围绕上肢康复机器人控制系统，阐述了机器人基于CAN总线的软硬件系统开发；最后，为验证设计的准确性，使用ADAMS进行了运动学和动力学仿真，加工出实物样机，进行多种模式的康复训练实验。实验结果表明：所设计上肢康复机器人可满足患者康复训练需求。     

Safe physical human robot interaction-past,present and future

When a robot physically interacts with a human user, the requirements should be drastically changed. The most important requirement is the safety of the human user in the sense that robot should not harm the human in any situation. During the last few years, research has been focused on various aspects of safe physical human robot interaction. This paper provides a review of the work on safe physical interaction of robotic systems sharing their workspace with human users (especially elderly people). Three distinct areas of research are identified: interaction safety assessment, interaction safety through design, and interaction safety through planning and control. The paper then highlights the current challenges and available technologies and points out future research directions for realization of a safe and dependable robotic system for human users.     

外骨骼康复机械手的结构设计及仿真分析

为解决中风患者传统康复训练效率低、成本高、不易在家中操作等问题,提出了外骨骼康复机械手的研究,首先建立了人手正逆运动学模型,然后以食指为例设计了外骨骼康复机械手结构,最后利用ADAMS软件进行运功学仿真,从而验证了设计结果的正确性。为控制系统的设计和物理样机的制造提供了理论依据。     

A feasibility study on a robotic exercise system for mdof physical rehabilitation therapy

This paper presents a robot system developed for medical purpose. A 6-degree-of-freedom robot was introduced for physical exercise and rehabilitation. This system was proposed for stroke patients or patients who cannot use one of their arms or legs. The robot system exercises the hemiplegic part based on the motion of normal part of a patient. Kinematic studies on the human body and robot were applied to develop the robotic rehabilitation exercise system. A clamp which acts as an end effector of the robot to hold a patient was designed and applied to the robot to guarantee the safety of patients. The proposed robotic rehabilitation system was verified by simulations and experiments on arm (elbow and shoulder) motion. Patients are expected to be able to exercise various motions by themselves with the proposed robotic rehabilitation system.     

八关节三动杆蛇形机器人的运动模拟

蛇形机器人是一种高冗余度的机器人,由于其结构可变形,能够通过松软地面以及跨越(或避开)障碍物,能代替人完成某些危险场所如核电厂等维修及城市搜救.本文提出了一种类正弦波形的八关节三动杆蛇形机器人结构,做了运动模拟并给出了结论,该蛇形机器人的研制成功为设计相关类型的机器人提供了参考.     

混联仿生机器狗构型研究

仿生机器人研究是机器人学研究的热点之一,由于多年的进化,生物的各关节运动一般难以用机械结构完全实现。为克服目前仿生机器人普遍存在的刚度低、肢体功能弱等不足,以机器狗为研究对象,结合狗的基本行为特征和各关节的生理结构,将各关节的主要功能进行排序,并提出重要性/权重法作为机器狗设计中简化各运动关节的依据;据此分别运用并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ、RGRR-Ⅱ以及单自由度转动机构设计机器狗的各关节,并构造出24自由度的混联机器狗。所设计的混联机器狗具有结构简单、制造容易、刚度强、控制便捷、肢体运动灵活等优点。此研究思路和方法,对其他类型的仿生机器人设计有借鉴作用。     

双足步行机器人的下肢机构自由度分析

为了设计出一种即经济简单又能满足功能要求的步行机器人,在分析了步行运动状态的基础上,确定了双足步行机器人下肢机构自由度的分配。     

Evolutionary bi-criteria optimum design of robots based on task specifications

The optimum robot structure design problem based on task specifications is an important one, since it has greater influence on manipulator workspace design, vibrations of the manipulator during operation, manipulator efficiency in the work environment and power consumption. In this paper, an optimization robot structure problem is formulated with the objective of determining the optimal geometric dimensions of the robot manipulators considering the task specifications (pick and place operation). The aim is to minimize torque required for motion and maximize manipulability measure of the robot subject to dynamic, kinematic, deflection and structural constraints with link physical characteristics (length and cross-sectional area parameters) as design variables. In this work, five different cross-sections (hollow circle, hollow square, hollow rectangle, C-channel and I-channel) have been experimented for the link. Three evolutionary optimization algorithms namely multi-objective genetic algorithm (MOGA), elitist nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and multi-objective differential evolution (MODE) are used for the optimum structural design of 2-link and 3-link planar robots. Two methods (normalized weighting objective functions and average fitness factor) are used to select the best optimal solution. Two multiobjective performance measures namely solution spread measure and ratio of non-dominated individuals are used to evaluate the Pareto optimal fronts. Two more multiobjective performance measures namely optimiser overhead and algorithm effort, are used to find computational effort of optimization algorithm. The results obtained from various techniques are compared and analyzed.     

Optimal dynamic design of anthropomorphic robot module with redundant actuators

In this paper, a study on the optimal dynamic design for an anthropomorphic robot module with redundant actuators is performed. Musculoskeletal structure of human body is a typical example of redundantly actuated mechanism, and provides superior features than general robotic mechanisms. An anthropomorphic robot module that resembles the structure of human upper limb is introduced to utilize the advantages of redundant actuation system. Optimal dynamic design of the proposed robot module that follows optimal kinematic design is carried out to maximize the advantages. Five design indices are introduced, which are associated with inertia matrix, inertia power array representing nonlinear terms and gravity terms of the dynamic modeling equation. A concept of composite design index based on max-min principle of fuzzy theory is employed to deal with multi-criteria based design. As a result of dynamic optimization, a set of dynamic parameters, representing optimal mass distribution of the manipulator is obtaind. It is shown that the dynamic optimization yields a notable enhancement in dynamic performances, as compared to the case of kinematic optimization only.     

基于腱传动的仿人型多指机械手的简易设计

从仿生学的角度,根据人手肌腱的结构、特点,并模仿人手的功能、结构,提出了一种仿人型多指手的设计。并从结构、腱的建模及控制系统的实现等方面进行了较详尽的阐述。     

浅谈健身划船器中对人的因素分析与研究

基于人机工程学原理,分析研究了人们在使用健身划船器过程中的动作情况、运动频率及相关关节运动轨迹、人体受力等人的因素,借此来帮助设计者设计健身划船器,使划船器更适用于人们进行健身锻炼运动.