基于步态的下肢康复用外骨骼机器人运动分析

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿真软件Adams对外骨骼机器人的受力和步态进行仿真分析,验证步态的合理性,同时对以后行走的合理性提供依据以及为进一步设计出一种新型穿戴式下肢助行外骨骼机器人样机提供参考。     

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。     

步行康复机器人轨迹控制方法研究

为了满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了以外骨骼助行腿为核心的步行康复机器人,其重要的要求是保证机器人的运动轨迹符合患者康复训练要求。为使机器人能模拟步态为患者提供康复训练,在合理的步态规划后对轨迹的控制方法进行了研究,在控制系统软、硬件平台上完成了步行康复机器人助行腿的两种轨迹控制方式(位置控制和速度控制)。通过实验验证了控制方式的可行性,满足了患者步态训练需要。同时实验结果表明,速度控制方式比位置控制方式更加适合步行康复机器人。     

人体下肢康复外骨骼机器人仿真分析与实验

为了加快人体下肢损伤的康复速度,防止下肢瘫痪者肌肉萎缩,设计了一个高效实用的下肢康复外骨骼机器人。通过研究人体运动机理以及收集人体各关节运动数据,以舒适、高效及适宜不同体型人群为目标建立外骨骼的3D模型,并推导出下肢外骨骼的D-H数学模型公式,建立髋关节,膝关节,踝关节的位姿坐标方程。以ADAMS软件为基础进一步对外骨骼机器人进行关节受力和步态合理性仿真,为实物的搭建提供可行性依据。最后搭建样机实验平台验证外骨骼设计的合理性。     

下肢康复机器人的结构设计与动力学分析

针对下肢运动损伤患者的康复需求,提出一种新型下肢外骨骼康复训练器,根据康复评定学中RLA分期法对人体正常步态的描述和人机工程学理论中的人体下肢尺寸及关节特点,对被动康复训练器的机构进行设计;使用SolidWorks建立三维样机模型,制造实物样机;并且建立运动学及动力学模型;通过Matlab仿真分析特出关节运动变化曲线,验证数学模型的正确性;并且通过ADAMS软件进行动力学仿真,验证模型的正常行走步态,并且得出关节角速度,关节角动量,关节力矩等变化曲线。然后分别选取RLA八分法中8个关键时期点的数据,将理论计算和模拟仿真的结果进行比较,分析误差原因。验证了运动模型的正确性,为驱动控制提供参考依据。     

下肢外骨骼助力机器人关节驱动设计及试验分析

针对人体下肢关节特点与助行要求,设计了外骨骼机器人关节结构;通过ADAMS软件仿真,分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求,根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统;为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求,提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数,优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程,对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证;划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射,给出误差估计与补偿PID控制的具体参数;分别从关节跟踪与助力功率的角度,量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明,所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走;对比常规PID控制,抑制了关节驱动控制输出区间的不连续,改善了关节跟踪误差,提升了助力效果与柔顺性。     

下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析

下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。     

下肢康复训练机器人的设计开发

针对当前下肢运动障碍患者众多,而国内传统康复训练设备机械结构复杂、穿戴适应性差、步态训练人机运动精度低和协调性弱等问题,在深入分析了现有康复设备存在不足的基础上,设计开发了下肢康复训练机器人。该机器人的外骨骼机械腿采用曲柄滑块方式驱动关节运动,可自由调节机械腿长度与两腿宽度,再搭配跑步机与减重机构共同组成了机器人的机械部分。同时,该机器人集成了外骨骼腿和跑步机的控制系统,并应用提出的外骨骼腿的位置控制以及与跑步机速度的协同控制方法。最后,在实验室搭建了所设计的下肢康复训练机器人系统,并进行了人体带载实验。结果表明,该康复训练机器人对不同尺寸人体具有很强的穿戴适应性,同时具有精确的轨迹跟踪能力,以及良好的协调运动控制稳定性。     

脑卒中患者下肢外骨骼康复机器人步态规划与运动学仿真

为满足越来越多的脑卒中患者辅助行走和康复训练的需要,设计了一款下肢外骨骼机器人模型,采用D-H参数法建立踝关节、膝关节、髋关节坐标系,推演出步态周期内的坐标方程。为了安全起见,要求脑卒中患者步行速度慢且步长短,利用CoG(Center of Gravity,重心地面投影点)作为步态规划中的稳定性判断依据,并用Robotics Toolbox for Matlab仿真,结果表明:下肢外骨骼康复机器人在康复训练过程中各关节具有连续且稳定的步态轨迹,为后续脑卒中患者使用的下肢外骨骼康复机器人样机研制提供了必要的理论依据。     

外骨骼助行机器人的人机耦合运动特性

利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,实时记录人体在平地行走的运动过程,获得了步态参数,通过分组对比,研究了老年人的行走特点。根据老年人的运动特性,设计了一种老年人外骨骼助行机器人,建立了穿戴者与外骨骼助行机器人的人机耦合模型,研究了人机耦合运动特性,为外骨骼助行机器人的耦合仿生设计提供了运动学基础。     

5-DOF上肢康复机械臂交互式康复训练控制策略

设计一种5-DOF穿戴式偏瘫上肢康复机械臂系统,提出被动和主动两阶段的交互式康复训练控制策略。在被动训练中,根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,提取偏瘫患者的健侧上肢4块肌肉的表面肌电信号(Surface electromyogram, sEMG) 作为康复机械臂的控制信号,利用AR参数模型和BP神经网络来理解患者的运动意图,驱动机械臂辅助患侧上肢实现特定的康复训练动作。在主动训练中,通过实时获取各关节力矩信号来判断人体上肢的运动所产生的作用力方向与大小,并利用比例控制器和运动学雅可比逆矩阵控制康复臂末端速度、驱动各关节运动。试验结果证明了提出方法的正确性和有效性。     

一种三自由度并联踝关节康复机构

在分析现有踝关节康复机构的基础上,提出一种基于3-UPU并联机构的新型踝关节康复机构,该机构具有3个自由度,能够实现踝关节的旋前/旋后、内翻/外翻运动,并且该机构的转动轴线可实现高度和角度方向的调节,从而使机构转动轴线与人体踝关节运动轴线更好的吻合,给患者带来更好的康复效果。求解了机构的自由度,运动学反解,并根据踝关节康复要求对机构尺寸进行确定,进一步求解了机构的工作空间,对机构的运动学进行了仿真验证和样机运动试验。     

智能手部康复训练机器人

设计了手部康复训练机器人的总体方案,选择了机器人的机构形式、驱动方式和控制方式.并根据总体方案,设计了机器人的机械系统、驱动系统和控制系统.     

脚踝康复训练机构研究综述

分析了国内外脚踝康复训练装置的研究现状,讨论了脚踝康复训练装置在机械结构、控制算法、工作空间和运动性能评价等方面现有的研究方法.综述了并联机构、自由度和驱动方式的大致分类,简述了各机械结构的优缺点,并给出了相应结论.控制算法主要包括自适应导纳控制方案、位置和接纳控制方案及轨迹规划,工作空间主要包括位置空间和姿态空间,运动性能评价主要包括操作性、灵巧性和安全性.最后,列举了脚踝康复训练装置研究中存在的问题,同时提出了解决问题的相关方法.     

肢体偏瘫康复训练牵引机的设计

目前,偏瘫是一种多发的常见病,且药物不能直接改善偏瘫所造成的后果。根据当今越来越多的偏瘫患者得到恢复的事例,得出加强患者肢体功能训练能有效地恢复其部分肢体功能这一结论。为了使患者尽快康复,设计一种肢体偏瘫康复训练牵引机,本设计以专业康复知识为理论依据,以电机转动为具体执行方式,能合理地控制动作幅度、动作频率、完成组数、持续时间等,患者能根据不同的患病部位及时调整牵引位置,并设定不同的恢复动作和训练强度,使得牵引模式遵循康复训练运动的要求并改善其生理功能,以此达到良好的康复功效。     

一种神经康复机器人的研制

介绍了一种神经康复机器人,阐述了机器人的详细结构、工作原理、使用方法以及在结构上和控制模式上为 了保证患者瘫肢的安全所采取的策略。通过健康人实验证实了该机器人能够满足神经损伤患者康复训练的一般要 求,有望用于患者的临床康复训练。     

基于球副支撑的踝关节辅助康复装置的混合康复过程运动分析

为实现踝关节辅助康复,开发了一种基于中心球副支撑的踝关节辅助康复装置。该装置采用中心球副为支撑、3个S'PS'支链进行驱动,可形成工作平台的三维运动,能够实现踝关节的辅助康复。较详细地介绍了该装置的构型,并对装置的工作平台实现任意姿态的运动过程进行了分析,推导出了位移、速度和加速度的计算公式。给出了满足运动约束条件下的装置的运动分析的具体算例,为装置控制系统的设计奠定了基础。研究过程为同类结构的运动分析提供了参考。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

龙门式上肢偏瘫康复训练机器人

介绍一种龙门式上肢偏瘫康复训练机器人,包括:水平左右运动机构、水平前后运动机构和竖直上下运动机构。可以带动患者手部作水平左右、水平前后和竖直上下三个方向的直线运动,同时,手柄组件具有三个旋转轴正交的被动旋转自由度,通过三个方向的直线运动和三个旋转轴正交的旋转运动可以合成出任意复杂的上肢动作,从而使患者上肢各关节、运动肌肉群以及运动功能神经系统群得到有效的物理刺激,达到恢复患者上肢运动功能的目的。本康复训练机器人的特点在于采用龙门直角坐标的结构形式,扩大了患者上肢的运动范围,同时三个方向的直线自由度不存在运动耦合,便于实现复杂的轨迹规划与控制。     

浅谈对大型液压缸的现场修复

用电刷镀、脉冲冷焊和粘胶3种方法相结合,对损伤后的大型液压缸进行现场表面修复,修复后的大型液压缸使用性能良好.采用现场表面修复的方法修复大型液压缸维修周期短、维修费用低、安全、可靠,而且不会对缸体造成损坏.