基于Opensim的柔性外骨骼机器人的模拟仿真

现有的刚性外骨骼存在关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐、限制人体运动的自由度和影响穿着舒适度等问题.针对上述问题,设计了一种由电机驱动的助力髋关节屈曲和伸展的柔性外骨骼机器人.基于该柔性外骨骼,利用三维动作捕捉系统和测力平台采集受试者在行走过程中的运动学和地面反作用力数据,运用生物力学分析软件Opensim建立人体-外骨骼模型;利用Opensim分别模拟计算出在行走时助力和不助力两种情况下驱动髋关节的主要肌肉的代谢值.模拟仿真结果表明:和不助力的情况相比,在行走过程中对髋关节助力会减小驱动髋关节运动的主要肌肉的代谢值,减小穿戴者肌肉的负担;在行走过程中减小穿戴者的能量消耗.     

未来战士？钢铁侠？

美国雷锡恩（Raytheon）公司在犹他州盐湖城的研发机构搞出了一套为未来战士配备的外骨骼（Raytheon Sarcos）。其实这东西就是一台可穿戴的机器人,它能显著增强穿戴者的体能和敏捷度。该装置由一系列传感器、驱动器和控制机构组成。如果你穿上这套装备,就可以轻松背负与体重相当的装备。     

基于外骨骼的数据手套设计及控制研究

针对可穿戴式外骨骼机器人上的装备控制,设计了一种基于外骨骼的数据手套,该外骨骼数据手套的功能为通过手势变换输入信号控制外骨骼上的装备运作。外骨骼数据手套的控制方法为通过不同手指组合绷直带动外骨骼骨架触碰到不同的开关,使单片机采集到不同的信号来调用所需功能。这种控制方式相比于对比手势模型类型的数据手套,控制较简单、成本更低廉。同时,利用解剖学对输入指令的手指进行筛选来选出灵活度较高的手指,通过机器人学D-H法对手指机械骨架进行运动学正解分析,并使用ADAMS软件做运动学仿真帮助尺寸设计。最后基于SoildWorks软件对外骨骼数据手套进行了建模以及实物实验,验证了所提出的控制方式的正确性与合理性。     

一种多自由度混联上肢康复外骨骼机构的研究

结合人因工程,针对上肢康复需求,本文提出一种多自由度混联上肢康复外骨骼机构,采用5R+3-RPS的混联结构,可实现上肢7个自由度的康复训练。首先,采用分部计算的方法,使用D-H法计算串联康复机构的位姿转换矩阵,并用矢量法计算腕部康复机构的位姿转换矩阵,将2个矩阵相结合得到该上肢康复外骨骼机构运动学正解的位姿转换矩阵。其次,通过微分坐标变换和Plüker坐标变换求得该机构的雅各比矩阵。最终,进行ADAMS运动仿真,验证了该外骨骼机构运动功能的稳定性和可行性。     

助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程动力学研究

为研究助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程中各关节的驱动力矩,将助力下肢外骨骼视为三自由度的刚性结构系统,建立动力学模型。以达朗贝尔定理推导出双膝蹲-起立过程动力学表达式。为实现助力下肢外骨骼与人体高度偕行,对人体双膝蹲-起立运动过程进行实验分析,以MATLAB为平台分别对负重40kg和无负重下肢外骨骼各关节驱动力矩进行数值计算。根据分析结果得,膝关节在负重40kg时驱动力矩最大,峰值为209.20N·m,平均为75.85N·m;髋、踝关节驱动力矩相对较小,工作能耗低,在无负重状态下仍需9.87N·m和38.80N·m的驱动力矩,能量损失较多;踝关节为保持稳定性导致有较大波动。     

人体下肢外骨骼关键技术分析与研究

随着单兵武器装备的不断升级,质量问题成为单兵作战灵活性与生存力的一个障碍.人体下肢外骨骼装置能提高士兵的承载能力,使士兵能够负重长途跋涉于车辆无法行驶的路面,充分发挥人与机器的优势,实现人的灵活、机动、智慧与机器强壮性的完美结合.文中介绍了目前国内外在人体下肢外骨骼研究领域的最新研究发展动态,并就其关键性技术进行了分析与研究,为人体下肢外骨骼的进一步设计与开发提供了详实的信息与参考依据.     

基于机器学习的人体步态检测智能识别算法研究

为实现快速步态状态判断,以更好地对下肢外骨骼进行高精度的步态识别和控制,进行了基于可穿戴惯性测量装置检测人体姿态变化的算法研究.通过对人体下肢的跌倒、转弯、蹲坐与起立等非周期性步态变化活动进行测算试验,获得了受试者实验过程中身体角度、下肢关节角速度和加速度变化等数据,随后应用随机森林等4种机器学习经典分类算法对受试者进...     

自调节式手腕康复外骨骼机构设计与相容性分析

针对在设计手腕康复外骨骼机构过程中的机构构型问题,参照人体腕关节运动学属性,采用高等空间机构学理论对康复外骨骼机构进行了构型设计,并通过力学分析遴选出了3RPPR型自调节式手腕康复外骨骼机构.该机构通过在人机接触面处引入2个被动移动副与1个被动转动副,缓解了康复运动中产生的人体轴向与训练无关的约束力与力矩,从而实现了人...     

基于弹性装置驱动的外骨骼助行效能评价

目前,被动式助行外骨骼的能量转化效率较低.基于人体步态特征及人在行走过程中产生的重力势能和动能,分析了外骨骼的助力原理,并采用多级能量锁止机构设计了一款下肢被动式外骨骼.建立了外骨骼的动力学仿真模型,以体重和行走速度为变量,对外骨骼储能性能进行了仿真分析.以肌电信号为依据对外骨骼的助力性能进行了研究,对比了在穿戴/未穿...     

基于人机信息交互的助行外骨骼机器人技术进展

外骨骼机器人是集人体信息检测、机器人自动控制、神经工程等多学科知识于一身的高科技成果.本文简要介绍了外骨骼机器人研发技术现状和应用市场前景,分别从外骨骼动力驱动和运动测量技术角度剖析了支撑典型外骨骼机器人实现其运动辅助功能的主要技术基础,重点从神经信息交互角度出发,讨论了构建人机信息交互环路中的技术瓶颈,以及如何更为高效准确地获取人体运动意图.最后展望了其未来技术研发方向.