基于Geomagic与UG的曲面模具重建与数控仿真

介绍逆向工程的含义、特点及其工作流程。并以一模具的逆向造型过程为例,论述了基于Geomagic Studio的逆向工程技术。首先使用三维激光扫描仪器获取点云数据;其次在Geomagic软件中对点云数据进行处理、曲面重建并通过格式转换在三维软件UG中形成实体,最后通过Master GAM进行数控仿真,得到直接应用于数控加工的数控代码。研究表明,该方法能有效的提高产品设计的速度,降低研发成本,节约研发产品的周期。     

人体下肢动作仿真综述

对国内外人体下肢运动建模仿真的研究情况进行了综述。人体下肢的数学模型主要分为运动学模型和动力学模型,人体下肢的运动仿真方法分为正向动力学和逆向动力学两种,现对其发展历程和研究进展进行了详细介绍,最后对人体下肢运动建模仿真的发展进行了讨论。     

基于逆向工程的人体颌骨个体化三维实体重建研究

提出一种面向实体模型的个体化CT图像三维重建方法,对牙齿颌骨CT断层图像进行三维重建,建立出一个可编辑的三维实体模型.为医生进行牙种植手术提供仿真工具,方便医生确定手术方案,提高手术的成功率.主要实现过程:利用螺旋CT扫描获得的人体下颌骨扫描数据,通过与Minics和UG/Imageware逆向工程技术相结合,在计算机上重建出一个可编辑的三维实体模型.它具有精确度高,可编辑性强等特点,并且可以直接用于实体的生物制造.     

步态矫形器动力学建模和仿真验证

为了进行下肢康复机器人患者主动控制技术的研究,建立了步态矫形器的动力学建模。首先采用分割建模的思想,利用拉格朗日方程法建立步态矫形器在跑步机上的单腿动力学模型。然后从系统整体出发分析双腿耦合的解决方法。最后在ADAMS-MATLAB虚拟样机仿真平台上进行步态矫形器步行仿真实验,验证了所建立的动力学模型的准确性。     

人体下肢关节运动仿真与实验测试研究

基于人体下肢关节运动机理与下肢生物力学,介绍了下肢关节的结构、功能和运动范围。对人体下肢进行简化,建立下肢简化数学模型,获得髋、膝和踝关节的姿态坐标方程。利用UG建立模型,使用Adams与OpenSim分别进行仿真测试,得到下肢关节角度、步高和步长曲线。借助Xsens DOT商用穿戴式传感器进行实验测试,仿真结果与实验测试结果相似,关节的角度、步高步长曲线与实际人体行走时测试结果吻合。表明简化模型和仿真测试合理有效,符合人体下肢行走过程。研究为运动测试、康复医疗和外骨骼设计等领域提供了一种简化研究方法。     

下肢外骨骼仿生驱动器的设计与仿真

提出了一种新型仿生驱动器设计方案,用于下肢外骨骼的刚性驱动和柔性驱动模式切换,模拟人体步行过程中下肢肌肉的工作特性。首先,基于仿生特性和助力需求,设计驱动器对应的机械结构,同时介绍了驱动器工作模式;对驱动器进行动力学建模,分析不同的系统参数对系统的影响;最后,建立虚拟样机模型,利用ADAMS进行运动学仿真,仿真结果表明驱动器能够实现人体运动有效助力,验证了模型的合理性。     

一种多功能下肢外骨骼机器人的设计与仿真分析

针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求,设计了一种多功能下肢外骨骼机器人,利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型,采用拉格朗日方法推导出动力学模型,计算各关节所需的理论力矩;建立虚拟样机模型进行动力学仿真,仿真数据与理论数据进行比较,验证了理论推导的准确性和外骨骼机器人设计的合理性,为后续电机选型提供了依据。     

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。     

人体卧式下肢屈伸运动的动力学建模与仿真

为了帮助脑卒中后偏瘫、单侧肢体运动障碍的患者进行下肢康复训练,基于人机合作技术提出了一种下肢康复训练机器人。该机器人根据患者的运动意愿,通过与人合作完成下肢的康复训练。引入广义速率的概念,基于凯恩方法对人体卧式下肢屈伸运动进行了动力学建模与仿真,求解了下肢屈伸运动的约束方程和凯恩方程,得到了下肢运动曲线和驱动力矩曲线。该研究为下肢康复训练器械的设计与研制提供了参考和理论依据。     

Structure Design of Lower Limb Exoskeletons for Gait Training

Due to the close physical interaction between human and machine in process of gait training, lower limb exoskeletons should be safe, comfortable and able to smoothly transfer desired driving force/moments to the patients. Correlatively, in kinematics the exoskeletons are required to be compatible with human lower limbs and thereby to avoid the uncontrollable interactional loads at the human-machine interfaces. Such requirement makes the structure design of exoskeletons very difficult because the human-machine closed chains are complicated. In addition, both the axis misalignments and the kinematic character difference between the exoskeleton and human joints should be taken into account. By analyzing the DOF(degree of freedom) of the whole human-machine closed chain, the human-machine kinematic incompatibility of lower limb exoskeletons is studied. An effective method for the structure design of lower limb exoskeletons, which are kinematically compatible with human lower limb, is proposed. Applying this method, the structure synthesis of the lower limb exoskeletons containing only one-DOF revolute and prismatic joints is investigated; the feasible basic structures of exoskeletons are developed and classified into three different categories. With the consideration of quasi-anthropopathic feature, structural simplicity and wearable comfort of lower limb exoskeletons, a joint replacement and structure comparison based approach to select the ideal structures of lower limb exoskeletons is proposed, by which three optimal exoskeleton structures are obtained. This paper indicates that the human-machine closed chain formed by the exoskeleton and human lower limb should be an even-constrained kinematic system in order to avoid the uncontrollable human-machine interactional loads. The presented method for the structure design of lower limb exoskeletons is universal and simple, and hence can be applied to other kinds of wearable exoskeletons.     

不同足部轨迹对人体下肢主要肌肉疲劳程度影响的研究

随着患有下肢运动障碍人数的日益增多,下肢康复逐渐成为多领域专家和学者的研究热点。为了能够研究不同足部轨迹对人体下肢主要肌肉疲劳程度的影响,首先设计了能够实现三种不同运动轨迹的机构,并采用Solid Works进行三维建模;其次,根据特定身体参数在Life MOD软件中建立对应的人体模型;然后在ADAMS动力学仿真软件中建立人-机耦合系统模型并实现该系统的运动仿真,得到特定人体按照不同足部轨迹运动时下肢主要肌肉伸缩量的变化情况。仿真结果表明:足部轨迹的不同对下肢肌肉伸缩量的影响较大,亦即对人体下肢肌肉疲劳程度的影响较大。因此,设计满足人体运动需求的具有合理运动轨迹的机构非常重要。     

适应个体差异的下肢康复机器人步态规划

下肢康复机器人不仅要辅助患者恢复患肢关节运动机能,还须使患肢恢复正常人的协调步态。机器人的步态规划在满足训练者的身材特征和当前可承受活动能力下,还应符合正常人的步态特征,具有对每个患者的宜人性。针对这一目标,根据对一组正常人步态实验的数据,提出采用高斯过程回归模型进行预测的步态规划方法。建立以训练者的身体和步态参数为输入向量,步态曲线的傅里叶系数为输出量的映射关系,从而获得适合不同患者的宜人性步态离线规划方法。经过实验验证,由预测模型所生成的步态曲线与实验者实际步态曲线具有较高的一致性。     

2-URS&UPS下肢康复机器人的设计与仿真

随着现代社会的自动化迅速发展,由于事故频发,加上自然灾害和身体疾病导致偏瘫患者增加,必要的康复训练在患者的康复中亦为重要。为了更好的提高康复训练的效果,达到患者不同时期的康复需求,提出一种以2-URS&UPS并联机构为机构原型的下肢康复机器人。该机构具有六自由度,可以做三维复合运动,文中采用5R机构代替虎克铰链,增大了机构的运动空间,利用SolidWorks建模与ADAMS仿真结合的方法,综合不同的康复训练要求,建立康复训练的运动轨迹并进行了模拟运动仿真。仿真结果表明,该下肢康复机器人能满足患者不同时期的康复需求,为下肢康复机器人的设计与研究奠定一定的理论基础。     

基于ADAMS的人体步态运动仿真

通过对人体结构和运动的分析,使用SolidWorks建立人体的模型。将模型导入到ADAMS软件后,实现步态的运动学和动力学的仿真,得到人体大腿、小腿质心的运动轨迹曲线以及足底压力的变化曲线,为研究步态识别和仿人科学提供理论基础。     

多连杆式下肢康复训练机器人结构优化与仿真

为实现节约人工成本,提高下肢康复训练效果的目的,提出了一种新型多连杆式下肢康复训练机器人。基于人体行走生物力学和人体行走的关节轨迹映射关系的研究,提出一种新型多连杆式下肢康复训练机器人,并对机器人进行了运动学建模与分析,求解了机器人的髋、膝关节角度曲线。同时,分析了关键结构参数对关节轨迹与下肢关节映射关系的影响,建立了关节轨迹与映射关系的复现性的机构评价指标,利用MATLAB软件对多连杆下肢训练机构的结构参数进行了优化,并依据分析结果对机器人结构参数进行了修正。     

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Robo...     

假肢材料与人体下肢皮肤界面的摩擦特性

采用UMT-II多功能摩擦磨损试验机,在往复摩擦模式下模拟假肢接收腔/残肢皮肤界面,研究了4种不同表面结构的硅胶内衬套材料与皮肤的摩擦学行为。结果表明:硅胶材料/皮肤界面、接收腔/硅胶材料界面在往复摩擦模式初期均会产生相对滑动,摩擦因数较大;随着界面间产生黏着,摩擦因数减小,逐渐趋于稳态。硅胶材料反面上的粗大微凸体,增加了与皮肤的粘结性,摩擦能耗减少;正面上的针织结构不但增加了往复摩擦过程中与接受腔之间的相对滑动量及摩擦能耗,而且减少了其反面与皮肤往复摩擦过程中皮肤协调位移时的变形,从而降低了与皮肤之间的摩擦因数和能量损耗,因此,有利于降低皮肤摩擦损伤的风险,提高残肢患者穿戴舒适性。     

OpenSim环境下人体下肢行走生物力学特性研究

为了分析人体以不同速度和不同负重行走工况下的下肢生物力学特性,基于生物力学分析软件OpenSim建立一种人体下肢肌肉骨骼模型.利用逆向动力学,以地面支反力和运动控制点坐标为驱动,完成了人体以不同速度和负重工况下的步态行走仿真.得到人体以相同速度不同负重和相同负重不同速度行走工况下,踝关节、膝关节和髋关节的力矩变化曲线,...