基于多传感器的实时步态检测研究

在线的步态相位识别和压力中心COP检测是两足类人机器人工假肢，以及腿部康复训练机器人的关键技术之一．建立了基于多传感器系统的测量模型，并分析了步态相位关系．采用鞋底传感器与膝关节弯曲传感器的信息融合实现了步态相位识别和COP的在线检测，取得了较好的测试效果．该系统可以识别步行周期的5个重要状态（支撑、膝关节弯曲、足跟抬起、摆动、足跟着地）和4个不稳定状态（前倾、后倾、左倾和右倾），并能够实时检测COP．进行了测量实验研究，试验结果表明，系统的可靠性高，能够自动识别第一个步态相位，可实现对被测者运动速度的自动补偿，这种方法可以判别正常步态与异常步态．     

Gait simulation of new robot for human walking on sand

In order to simulate the gait of human walking on different terrains a new robot with six degrees of freedom was proposed. Based on sand bearing characteristic compliance control was introduced to control system in horizontal and vertical movement directions at the end of the robot, and position control in attitude. With Matlab/Simulink toolbox, the system control models were established, and the bearing characteristics of rigid ground, hard sand, soft sand and softer sand were simulated. The results show that 0, 0.62, 0.89 and 1.12 mm are the maximal subsidences of the four kinds of ground along the positive direction of x-axis, respectively, and 0, −0.96, −1.99 and −3.00 mm are the maximal subsidences along the negative direction of x-axis, respectively. Every subsidence along y-axis is negative, and 0, −4.12, −8.23 and −12.01 mm are the maximal subsidences of the four kinds of ground, respectively. Simulation results show that the subsidence of footboard points to inferior anterior in early stage of stand phase, while points to posterior aspect in late stage. The subsidence tends to point to posterior aspect in the whole. These results are basically consistent with the gait characteristics of human walking on sand. Gait simulation of the robot for human walking on sand is achieved.     

微操作力提升系统控制策略实验研究

为了改进微操作力提升系统的性能,设计了一种新型的末端操作器,分析了末端操作器的工作原理,提出了适应操作者操作特性的速度和位移增量2种控制策略,并基于dSPACE实验平台对微操作力提升系统进行了实验研究.实验结果表明:速度控制策略和位移增量控制策略均可行,操作者施加较小的操作力,提升系统就能顺应人的操作升降负载,能够满足操作者提升操作的柔顺行要求.     

合作机器人助力型关节机构的驱动控制及实验研究

根据合作机器人(Cobot)的特点和超越离合器的特性,提出了基于双单向超越离合器的助力型关节机构,利用拉格朗日方法建立了单向超越离合器的数学模型和助力型关节机构的动力学模型,并基于dSPACE半物理仿真平台对助力型关节机构的特性进行了实验研究.研究结果表明,该助力型关节机构可以跟踪指令信号,具有助力约束特性,可以克服摩擦阻力,使Cobot操作轻便省力,满足合作机器人与人合作的性能要求.具有这种关节的机器人可以应用于物料搬运以及航空、航天等大型武备零件的装配生产线中.     

气动肌肉驱动步态康复训练外骨骼装置的研究

在为提高卒中病人的行走能力训练当中,广泛采用平板训练.在平板训练中,病人的下肢需要治疗师辅助进行运动.这种徒手训练对治疗师来说很消耗体力.因此,研制了一个用于步态训练的动力式下肢外骨骼装置.该外骨骼装置在平板训练中为髋关节和膝关节提供助力.外骨骼装置的结构基于人的关节驱动原理,每个关节由一对气动肌肉驱动.以气动肌肉的模...     

光纤式机器人触觉传感器滑觉特性的研究

本文介绍了一种光纤式机器人触觉传感器的滑觉特性，这种传感器不仅可以判断是否滑动而且可以判断滑动的方向。本文给出了有关的仿真曲线和实验曲线。     

合作机器人微操作力提升系统的模糊控制研究

根据合作机器人提升系统的组成和工作原理，提出了适应操作者特性的模糊控制策略，建立了微操作力提升系统的数学模型，利用MATLAB软件的模糊控制工具箱设计了提升系统的模糊控制器，建立了提升系统的仿真模型，对模糊控制策略进行了仿真分析．仿真结果表明该控制策略是可行的，能够满足合作机器人微操作力提升系统的性能要求。该研究对微操作力提升系统的性能分析和改进具有实际的参考价值。     

绳索牵引康复机器人控制及仿真研究

康复机器人是典型的人机合作系统.人与机器人在同一物理空间,因此对机器人的柔顺性、安全性提出了严格要求.绳索驱动具有柔顺性好、占空间小、重量轻等特点,不会与人体产生刚性碰撞、冲击,非常适合于康复机器人的驱动控制.由于绳索的柔性使其只能承受拉力,其牵引构成冗余驱动系统,因此绳索位置伺服系统须引入力控制,保证工作时绳索具有一定的张力.针对康复训练机器人的人体骨盆控制问题,设计了基于绳索驱动的伺服控制系统,通过Matlab提供的sisotool进行PI和PD控制器的设计,并对张紧力、位置和二者之间的相互影响进行了仿真分析,证明了绳索驱动适合对骨盆规律的控制,并且可以在其他绳索牵引控制技术上得到应用和推广.     

基于差动机构的五连杆式人机合作机器人的动力学分析

介绍了一种基于差动机构的新型CVT连续变速传动机构, 通过CVT之间的不同耦合方法,构成了并联式和串联式人机合作机器人.分析了基于差动机构的人机合作机器人的工作原理,建立了差动机构的动力学模型.以五连杆式人机合作机器人为研究对象,分别建立了串联式和并联式人机合作机器人的动力学模型.􀁱 􀁽     

人体步态周期中骨盆自由度的分析

下肢康复训练过程中,需要控制患者骨盆与下肢各关节的协调运动,以及重心与步态的协调运动,实现行走过程中的平衡控制,从而达到较好的训练效果.通过正常人的运动特性分析,并针对步态周期中摆动期和支撑期的不同支撑状态,分别分析确定了骨盆所具有的自由度.同时又研究了特殊位姿(立正时)情况下骨盆的运动能力,并分析了下肢各个关节的耦合现象.利用Adams软件对在不同情况下人体骨盆自由度进行了验证,依据骨盆运动规律,提出一种绳牵引并联机构,实现了对骨盆运动的控制.