一种上下肢协调康复机器人的机构设计与分析

针对临床上缺少一种肢体协调运动康复训练设备的现状,研制了一款适用于偏瘫患者个性化训练的上下肢协调运动康复机器人。首先,建立人体下肢模型,对坐姿下肢康复运动规律进行探索;然后,基于试验规律探索确定机构执行方案与参数;最后,在样机上进行了上下肢肢体协调运动与不同规划步长训练功能试验,结果表明该机器人能够满足设计目标。     

一种坐式肢体协同运动康复机构的设计与分析

针对肢体功能障碍者上/下肢独立进行康复训练的现状,设计了一种基于复合连杆的坐式肢体协同运动康复机构。根据人体生理结构与肢体运动特点,建立人-机模型;利用矢量法对模型进行运动学分析,探索了机构中影响肢体运动的主要因素,并在此基础上,综合分析了机构的尺寸;在ADAMS中进行仿真分析,获得了不同曲柄和支撑杆长度下的脚踏轨迹和肢体运动参数曲线。结果表明,该机构可以实现肢体的协同运动,通过对曲柄和支撑杆长度的调整可满足个性化康复训练的需求。     

基于步态规律的康复训练机器人机构设计与分析

针对目前康复训练机器人的训练轨迹现状,研制了一款适于偏瘫患者使用的轨迹可变的康复训练机器人。首先探索人体正常的步态规律,结合偏瘫患者所需的步态训练运动轨迹特点,提出了基于四杆机构实现固定步态运动轨迹的设计思路,并进行了仿真验证;在此基础上,针对四杆康复训练器难以满足不同患者、不同康复阶段个性化训练需求的矛盾,分析影响四杆机构运动的主要因素;综合分析结果,设计了一款基于二自由度五杆变胞机构的康复训练机器人,并进行了样机制作及试验验证。试验结果证明,所设计的康复训练机器人能够满足偏瘫患者个性化训练要求。     

一种新型踝关节康复机器人系统设计

脑卒中患者因运动功能神经损伤造成肢体运动功能障碍,对患者日常生活水平造成严重影响.踝关节作为人体下肢的承重关节,是维持人体站立、行走和跑跳等运动的关键部位,也是卒后康复训练的重要内容.人工训练模式治疗师工作强度大,且因治疗师临床经验差异造成康复训练效果不同.现有康复辅助器械以健康者踝关节运动模型为基础,忽略了患者的个性化差异.本文利用人体左右对称的生理特征,提出一种新型的踝关节康复机器人,模拟治疗师康复手法,实现踝关节趾屈/背屈,内旋/外旋和内翻/外翻训练.该机器人由两个对称机构组成,允许脑卒中患者根据个体差异进行踝关节康复训练.通过运动学分析验证了踝关节康复机器人的机构设计的合理性.由于踝关节康复需要恢复力量和关节活动度,开发了两种踝关节训练模式:被动训练和融合训练.实验证明,在被动训练模式下,患者偏瘫侧踝关节可以活动到设定角度.在融合训练模式下,患者可以利用健侧踝关节的运动信息镜像映射到偏瘫侧踝关节进行训练.实验结果表明,新型踝关节康复机器人能够满足踝关节康复训练需求.     

老年人外骨骼机器人斜坡行走的运动学分析

利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,记录了老年人穿戴外骨骼助行机器人在20°斜坡行走的步态数据,建立了运动学耦合模型,分析了老年人穿戴外骨骼助行机器人斜坡行走的运动特性。研究结果表明,老年人穿戴外骨骼助行机器人上斜坡时,髋关节的运动范围为5.5°~59.5°,膝关节的运动范围为7.2°~68.2°,踝关节的运动范围为10.4°~32.4°,外骨骼助行机器人的踝关节始终处于背屈状态;老年人穿戴外骨骼助行机器人下斜坡时,髋关节的运动范围为10.1°~30.1°,膝关节的运动范围为9.3°~75.3°,踝关节的运动范围为-8.8°~19.8°,外骨骼助行机器人的踝关节处于背屈和跖屈交替变换的状态,为提高老年人与外骨骼助行机器人在斜坡行走的运动性能提供运动学依据。     

定心矫形骨外固定机器人设计与分析

骨外固定技术为肢体矫形的重要治疗手段。 针对现有骨外固定矫形机构在肢体旋转和牵伸矫形时存在的运动耦合、旋 转错位等问题,借鉴 RCM 机构的构型优势,在传统 Ilizarov 外固定器的基础上设计了一种具有定心运动特征,易于实现单自由 度独立运动的 2R1T 定心矫形骨外固定机器人。 基于旋量理论,开展了传统 Ilizarov 骨外固定支架矫形的数学分析,并在此基础 上,建立了 2R1T 定心矫形骨外固定机器人的旋量系与反旋量系,进行了支链选型与构型综合。 最后,分析了机器人运动学位 姿及工作空间,并结合矫形要求对机器人进行了矫形运动仿真分析和样机实验,基于胫骨的运动轨迹,得出机器人转动矫形范 围为-15° ~ 15°,误差范围为±0. 5°,牵伸矫形范围为 0~ 30 mm,误差范围为±0. 2 mm,实现了矫形的量化与精准调控,保障了肢 体矫形的安全性。     

螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。     

阀体密封面焊接机器人-变位机协同运动建模

基于变位机-机器人主、从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程。变位机-机器人协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场试验表明,该系统能够平稳、准确地完成预期的焊接任务,证实了协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行。     

一种新型下肢康复机器人设计与验证试验

为了降低康复治疗师的工作强度,提高对偏瘫患者的康复治疗效率,研发一种基于反复促通疗法的下肢康复机器人,通过特定训练方法实现了膝关节和踝关节运动功能的恢复。反复促通疗法中,提出了一种引发肢体牵张反射和促进肢体主动运动的治疗方法。根据此疗法,设计了康复机器人的机械结构和基于力/位移控制的控制方案。通过临床试验的肌电图测量结果,证实该机器人具有引发牵张反射和助力的功能,同时初步验证其能够实现反复促通疗法的治疗效果。     

多肢体综合康复训练机器人设计与研究

针对传统康复机器人康复功能单一、联动训练不足、控制操作性差等问题,设计了一种涵盖上、下肢体七种关节的综合康复训练机器人,包括上肢的肩关节与肘关节、下肢的髋关节与膝关节、手掌的腕关节与指关节、脚掌的踝关节独立康复训练模式以及下肢-脚掌联动、上肢摆臂-下肢步态联动复合训练模式。试验表明:本康复机器人简化了机械传动链、提高了操控性,能实现稳定、有效的独立模式下的单肢体关节康复训练和复合模式下的多肢体关节联动康复训练,满足了患者的多样化要求。     

Minimal Realization of Linear Graph Models for Multi-physics Systems

An engineering system may consist of several different types of components,belonging to such physical"domains"as mechanical,electrical,fluid,and thermal.It is t...     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

Non-monotonic material contrast in scanning ion and scanning electron images

30 keV Ga⁺ focused ion beam induced secondary electron (iSE) imaging was used to determine the relative contrast between several materials. The iSE signal compared from C, Si, Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, and W metal layers does not decrease with an increase in target atomic number Z₂, and shows a non-monotonic relationship between contrast and Z₂. The non-monotonic relationship is attributed to periodic fluctuations of the stopping power and sputter yield inherent to the ion–solid interactions. In addition, material contrast from electron-induced secondary electron (eSE) and backscattered electron (BSE) images using scanning electron microscopy (SEM) also shows non-monotonic contrast as a function of Z₂, following the periodic behavior of the stopping power for electron–solid interactions. A comparison of the iSE and eSE results shows similar relative contrast between the metal layers, and not complementary contrast as conventionally understood. These similarities in the contrast behavior can be attributed to similarities in the periodic and non-monotonic function defined by incident particle–solid interaction theory.     

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection method and comparison in acoustic communication

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection algorithm and multi-user detector was proposed to solve the problem of multi-user signal detection problem encountered in underwater acoustic communication networks.In simulation analysis,RLS and the LMS blind adaptive multi-user detector were designed and tested for synchronous and asynchronous multi-user communication process.The results of SIR comparison and MMSE comparison show that,both of the two methods can realize blind adaptive detection when any user change in multi-user communication,during this process,the training communication sequences are not needed.The RLS algorithm has about 5 dB higher in SIR compared with LMS algorithm,and the convergence velocity of RLS algorithm is also higher than LMS algorithm when the communication users change.RLS algorithm has better ability in multi-user detection than that of LMS algorithm,and it has great attraction and guiding significance for solving the problem of multiple access interference(MAI) in multi-user communication.     

Application of Feature Extraction through Convolution Neural Networks and SVM Classifier for Robust Grading of Apples

This paper proposes a novel grading method of apples,in an automated grading device that uses convolutional neural networks to extract the size,color,texture,an...