足踝步态模拟机设计与运动特性分析

为了测量活体上无法得到的足踝内部各骨块、关节的运动学和动力学参数,需要驱动尸体足踝系统,使其像活体足踝一样"走动"起来,模拟活体足踝系统的步态运动。设计了一种五自由度的足踝步态模拟试验装置,建立了该模拟机的运动学仿真模型,分析求解了运动学特性;运用Adams虚拟样机技术对其进行运动学仿真,实现足踝步态着地相过程模拟。分析结果表明,试验装置可实现人体足踝系统步态着地相的运动模拟。     

AnyBody环境下人体步态的逆向动力学研究

为了分析人体步态运动中包含肌骨系统的下肢动力学特性,基于生物力学分析软件AnyBody建立一种包含肌骨系统的下肢运动模型。利用逆向动力学,在下肢运动关节等处设置运动控制点,以运动控制点三维坐标和地面支反力为驱动,完成了人体的正常步态仿真,得到了人体正常步态下的踝关节和膝关节的角度、力矩的变化曲线,分析了关节力矩与角度变化之间的关系;给出了比目鱼肌、缝匠肌、胫骨后肌和胫骨前肌在步态周期内的肌肉力和活性变化曲线,讨论了肌肉力和肌肉活性之间的关系。     

复合运动模式四足机器人机构设计及分析

研制了一种轮足复合运动的四足智能移动机器人,该机器人可以步行前进,原地转弯,楼梯爬越,也可在良好路面利用足底轮以较高速度滚动前进。阐述了机器人的机械结构和参数,运动学分析和运动空间描述。利用ADAMS建立了三维仿真模型,进行了多种步态的仿真。得出稳定裕度合适的步态,实验验证了机器人的性能。     

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。     

基于ADAMS的串联机器人运动学反解与动力学优化

利用矩阵计算来研究多轴串联机器人的运动学与动力学的方法应用普遍,但是工作量大且容易出错。一种简单的方法是利用ADAMS仿真软件解决此类问题。利用一般点驱动设定机器人末端的运动轨迹,得出驱动轴的运动曲线,然后利用ADAMS／Processor对所测量得到的曲线进行拟合,从而得到运动学反解。通过仿真曲线,还可了解各主动轴其他运动学及动力学性能,为机器人的动力学性能优化与运动控制提供参考数据。     

基于ADAMS和Simulink的自动扶梯附加制动器联合仿真

当前自动扶梯附加制动器试验只能在现场整梯上进行,为了提高制动试验的便利性,降低实验成本,设计了一种附加制动器试验台,利用虚拟样机技术,对实际工况下的制动试验进行模拟并验证其可靠性。通过三维软件CATIA建立附加制动器试验台三维实体模型;然后,利用多体动力学仿真软件ADAMS建立试验台的动力学模型,并进行制动器运动学和动力学仿真;基于此,在Simulink中搭建试验台控制系统,通过Adams Controls模块将动力学模型与控制系统模型组合建立联合仿真系统。根据自动扶梯制动工况条件,对其进行制动试验仿真,结果表明,该模型的计算结果与理论值较为一致,验证了试验台联合仿真模型的可靠性,其中不同工况条件下的仿真试验数据可用于改进试验台的结构设计。该研究成果可为附加制动器试验提供了高效可行的方法。     

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。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

AMT执行机构多轴道路模拟试验台设计

提出了一种基于远程参数控制(RPC)的电控机械式自动变速器(AMT)执行机构多轴道路模拟试验台,重点对试验台装夹部分和运动学进行了设计和分析。结合AMT在实车上的安装情况,设计了一套夹具装置,并在动力学仿真软件ADAMS中建立了试验台运动学和动力学仿真模型,通过仿真分析,解决了运动干涉问题,优化了试验台运动范围。结合RPC技术,可以在所设计的多轴试验台上复现AMT执行机构的实际行驶道路载荷谱,从而在室内对AMT执行机构疲劳可靠性进行评价和考核。     

仿生四爪式爬管机器人的运动学分析与仿真

设计了一种具有较强的越障性能和负载能力的仿生四爪式爬管机器人,分析了机器人的构型与步态;采用D-H参数法建立了各连杆坐标系,并对各关节的正逆运动学方程进行求解;利用Matlab中Robotics Toolbox模块,建立了机器人在上部躯干两侧手爪处于夹紧状态时的运动学模型,求解得到各关节角度、速度及加速度与时间的关系曲线;将机器人在robotic中的关节运动所得到的数据拟合成Spline曲线,并导入ADAMS中进行机器人整体虚拟样机仿真;仿真实验表明机器人能够顺利进行尺蠖式爬升运动,验证了结构的合理性和运动学方程求解的正确性。     

液压驱动四足机器人步态规划和运动控制

针对液压缸运动加速度突变影响四足机器人运动平稳性的问题,对液压缸的加减速控制方法进行了分析,对液压缸的运动平稳性和特性等方面进行了研究,提出了7次位移曲线控制方法作为液压缸的位移控制规律。根据运动稳定裕量原则规划了四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为75 mm。利用ADAMS仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析对比了步态的运动学量、动力学量和位移控制规律的运动特征曲线,验证了步态的可行性。在四足机器人原理样机上进行了实验调试,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,机器人能够根据规划的步态完成多个循环的稳定行走,通过7次位移曲线的应用提高了机身在整个行走过程中的平稳性。     

新型液压无级变速器的动力仿真与设计改进

应用PRO/E软件建立了该变速器的实体模型,并检测其动、静态干涉情况;应用ADAMS软件建立了该变速器传动系统的仿真模型,并模拟装置在现实环境下的运动,通过仿真测量得到了柱塞的位移、速度、加速度及轴承处支撑反力随时间变化的曲线;最终以理论分析和仿真结果为基础,设计了配重平衡装置及零件结构改进方案。结果表明,该配重装置可大大减缓变速器低速旋转时轴承处支撑反力的波动;柱塞结构的改进可减小变速器高速运转时轴承处支撑反力的波动幅值。     

脚踏式下肢康复训练机器人结构设计及运动学仿真

借助于Pro/E软件建立下肢康复训练机器人的三维模型并设计了可以改变步长运动和进行位姿调整的步态运动机构。通过实验,对下肢康复训练机器人的工作步速范围、负载能力以及下肢关节运动角度进行分析,验证脚踏式下肢康复训练机器人设计的合理性。对设计结构进行了运动学仿真,仿真结果表明该机构能够较好地模拟人的实际步态运动,符合下肢康复系统的整体要求。     

基于Matlab的QJ-6R焊接机器人运动学分析及仿真

运用D-H方法建立了QJ-6R焊接机器人运动学方程,并讨论了其运动学问题.在Matlab环境下,绘出了机器人工作空间;用Robotics Toolbox对该机器人进行了仿真建模,并对正、逆运动学进行了实例仿真.通过仿真,分析了机器人的运动情况,得到了机器人在不同坐标空间的各种运动参数曲线和数据,验证了连杆参数设计的合理性和运动算法的正确性,为机器人动力学、控制和规划的研究提供了可靠的依据.     

管道机器人清淤装置设计与动力特性研究

为疏通城市排污管道,设计一种新型管道清淤机器人,为证明其清淤作业的稳定性和可行性,对清淤装置进行了动力学特性研究。建立该管道机器人三维模型,对其清淤装置进行原理分析; 对清淤盘模型进行运动学建模与仿真,并将MATLAB运动仿真曲线与ADAMS运动仿真曲线进行拟合,验证运动方程的正确性; 建立清淤盘动力学数学模型,并基于ADAMS 软件进行仿真,研究动力学正、逆问题,得到扇形盘的运动曲线和受力曲线。结果表明,运动方式和运动规律满足清淤方式为刮削—搅拌—过滤—推进—四位一体的清淤作业要求,动态性能稳定。     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

基于机构运动学分析的人体下肢几何参数提取

由关节中心(轴)位置所确定的下肢几何参数是步态运动测量与分析的关键参数。已有的基于三维运动捕捉系统的步态运动测量应用中,人工干预因素较多,存在一定的主观性,从而对步态运动的测量信度产生显著的不利影响。针对这一问题,在对下肢环节和关节进行合理机构学简化的基础上,建立人体下肢多刚体运动学模型;通过下肢机构运动学分析,改进标志点设置方案;通过构造下肢运动的约束方程,充分利用大量的采样数据,推导了关节位置、模型几何参数的拟合算法。并通过试验验证测量方案及算法的有效性。     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

五轴精雕机运动学模型构建与ADAMS仿真分析

为分析五轴精雕机能否实现正确运动,使用机器人D-H法构建五轴精雕机的运动学模型。利用运动学模型求解运动学方程的正逆解,并采用蒙特卡洛法进行工作空间分析,验证运动学模型的正确性;基于ADAMS验证整机模型的正确性并建立运动学和动力学方程,以此进行运动学和动力学仿真分析。得到了机床设计极限时进给驱动力的大小,Z轴为7500 N左右,其余轴均为10 000 N左右。为控制系统的设计、滚珠丝杠和电动机的选型提供参考。