外骨骼式步态康复训练机器人构型研究

设计了一种面向偏瘫患者的外骨骼式步态康复训练机器人机构。该机构包括腋下支撑机构、患肢侧外骨骼机构以及健肢侧机构。左腋下支撑机构与右腋下支撑机构结构相同,腋下支撑部可以在水平方向和垂直方向进行调整。患肢侧外骨骼机构可驱动患者患肢髋关节、膝关节和踝关节在矢状面内运动,其大腿和小腿部分采用了两根连杆,增加了强度,提高了安全性。健肢侧机构包括三自由度外骨骼式健肢关节运动参数检测装置和具有平面四杆结构的原地步行机构。所设计的康复训练机器人能够使患者患肢发挥残存的运动能力,并且当运动能力不足时,可使患肢根据健肢的运动参数进行康复训练。     

下肢康复训练机器人步态运动机构设计

借助于Pro／E软件建立了下肢康复训练机器人步态运动机构的参数化运动学模型，基于对不同参数简化模型的分析，设计了一种步态运动机构，对设计结果进行了运动学仿真，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。同时得出了实现理想步态运动所需的驱动电机等效速度参数，为进一步的机构控制系统设计提供了必要依据。     

一种康复训练机器人的机构位置逆解

康复训练机器人的应用日益增多,同时机器人机构的正解和逆解是当前康复训练机器人的研究热点之一。选取某一康复训练机器人机构为研究对象,在综合对比分析后对肩关节康复训练机器人机构的构型进行了选择,确定将3-RRS球面并联机构来实现肩关节构型;在对其抽象简化后进行了运动分析,并在运动分析的基础上采用矩阵法和闭环矢量法相结合的方法详细推导了该机器人机构的位置逆解,得到了在期望执行动作的结果下机构的输入条件,也即在期望的康复训练结果下康复训练机器人机构3个支链的具体输入函数,获得了机构进行反向设计的函数。该分析计算能够以康复训练的最终执行动作作为设计目标和已知条件对机器人的机构进行设计,从而求得机器人机构的杆长、夹角等在内的各参数,在康复机器人的设计和研发过程中具有较高的实际应用价值。     

下肢康复训练机器人关键技术分析

机器人技术应用于康复医学领域,为传统医学解决了许多问题。作为康复机器人技术研究的重要组成部分,下肢康复训练机器人的研究以带动或辅助患者下肢进行步态康复训练为目的,其机械结构具有一定的自由度,能够实现康复训练所需的运动,可采用多种执行元件,控制策略上,采用主动或被动控制策略,可以使患者以选定的康复训练模式进行步态康复训练。这里重点讨论下肢康复训练机器人的结构特点及其控制策略,最后,分析下肢康复训练机器人的研究现状并展望其发展趋势。     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

肢体康复训练机器人结构设计及运动学分析

为满足肢体残障者康复训练的需要,研制了一种新型的人机融合性好、模块化设计的肢体康复训练机器人,本体结构主要由上肢康复机构、下肢康复机构、支撑架组件三部分组成;基于下肢运动机理,结合机构运动,建立人机学模型,即平面闭环铰链四连杆刚体模型;在此基础上,对其进行了运动学分析和仿真,推导出下肢关节角度、角速度、角加速度随曲柄角度的变化规律。为使训练过程中下肢关节匀速摆动,建立下肢摆动方程,仿真得到机构曲柄作为原动件时其角速度变化规律,为机构的智能控制提供运动学参数。     

一种步态爬杆机器人的运动分析

介绍了一种步态机器爬杆运动,此运动是主要由上手臂、下手臂、上手部、下手部、臂部转动电机、腕部转动电机、夹持驱动电机相互配合来实现臂部关节步态翻越,腕部关节俯仰及手指对所爬杆件的夹持完成。实现该运动方式的结构简单,运动分级协调,工作稳定性高,能够快速攀爬各种弧度的杆体且能够翻越障碍物,适合用于实施对圆柱、类圆柱塔类建筑、工程设备的安装、检修、拆卸等工作,综合效益高。     

仿生四足机器人的设计与运动步态分析

基于四足生物的身体和运动形态,设计了仿生四足机器人。介绍了这一仿生四足机器人的结构,并对腿部结构进行了分析。同时进行了包括直线行走和定点转弯在内的运动步态分析,确认了仿生四足机器人的运动稳定性。     

两足机器人JFHR的参数化步态设计

在建立两足机器人前向平面七杆动力学模型和侧向平面五杆动力学模型的基础上 ,对机器人的步态用步速、步长和跨高三变量进行了参数化设计 ;根据两足机器人动态步行稳定性的条件 ,利用上身的前后摆动和左右晃动分别对前向平面和侧向平面进行动态补偿 ;通过对迈步腿质心进行抛物线运动规划 ,使两足机器人在动态步行时达到侧向自平衡 ,从而消除了前向和侧向模型的偶合误差 ;最后 ,对两足机器人的步态用一组参数进行设计 ,并进行了动态仿真。     

下肢康复训练机器人虚拟环境设计

综述了目前国内外康复业的发展,介绍了下肢康复训练原理,阐述了虚拟现实技术及其在现代医学中的应用,分析了虚拟现实技术在康复医学的重要意义。最后针对下肢康复训练机器人,制作了一套以vrml为基础的康复虚拟环境。     

下肢行走康复训练机器人机械结构设计

针对由于神经损伤而导敛下肢运动障碍的患者康复训练问题,设计一种气压驱动的下肢行走康复训练机器人的机械结构.以Pro/E为基础,构建了该机构的三维虚拟模型.着重分析了人体行走过程中重心的变化规律,设汁了计心平衡机构并进行了运动学分析,仿真结果验正了该机构设计和控制方法的有效性和可行性.     

智能手部康复训练机器人

设计了手部康复训练机器人的总体方案,选择了机器人的机构形式、驱动方式和控制方式.并根据总体方案,设计了机器人的机械系统、驱动系统和控制系统.     

仿壁虎机器人的步态设计与路径规划

对仿壁虎机器人的步态规划问题进行探讨,在观察分析大壁虎爬行方式的基础上,总结出1324、伪1324以及对角线三种步态,并简要介绍不同步态规划之间的区别,最终选择对角线步态作为仿壁虎机器人的爬行步态。在此基础上设计仿壁虎机器人的直线位移步态规划和原地转弯步态规划。针对仿壁虎机器人的单足路径规划,根据步态规划结果将每一条步行足的运动过程分为支撑相和摆动相两种状态,通过对路径约束条件的分析,用多项式逼近的方法分别得出仿壁虎机器人单足路径支撑相和摆动相的一般性表达式,为计算关节控制量提供相应的依据。最后结合实际研制的仿壁虎机器人对步态路径规划进行实例仿真分析,得出支撑相和摆动相的位移时间关系,证明用多项式逼近的方法生成的路径曲线具有良好的起落特性,为仿壁虎机器人的稳定姿态爬行移动控制提供了理论依据。     

六足机器人斜坡步态的设计

针对六足步行机器人在斜坡地形下行走的特殊情况,分析在该情况下影响机器人静态稳定性的主要因素,根据分析结果设计高稳定裕度的斜坡步态;并利用ADAMS/Simulink联合仿真技术,进行步态控制算法模拟仿真实验,结果表明了研究工作的合理性与正确性。     

四足机器人启动步态设计及稳定性分析

为保证四足机器人在以离线规划的对角步态行走过程中的稳定性,通过分析机器人行走的数学及力学模型而设计一种由静止状态启动至稳定运行过程的多步变步长启动步态,首先建立了从启动到稳定运行过渡过程中四足机器人的运动学模型,使用MATLAB软件计算求得机器人启动过程中各个关节的运动节律角度数据,并在adams动力学仿真分析软件中进行了物理样机模型的对角步态行走测试。仿真分析及样机试验结果验证了,该启动步态能够有效的防止机器人因单步启动时姿态偏角过大所造成的冲击并保证行走时的平稳性。     

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。     

膝关节术后康复训练机器人研究综述

膝关节术后康复训练机器人(简称康复训练机器人)辅助接受膝关节手术的患者进行康复训练,帮助患者快速恢复膝关节的运动机能,可有效减轻理疗师及患者家属的工作负担,在膝关节术后康复训练中具有广泛应用.在总结膝关节术后运动特征及康复需求的基础上,将康复训练机器人分类成末端驱动式、外骨骼式及其他类型,详述了其设计理念、结构特点、控制策略及康复训练效果的评价系统.分析了当前康复训练机器人存在的问题,以及涉及的关键技术,预测了未来康复训练机器人的发展趋势.     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

仿蝎机器人步态分析及结构设计

随着国内管道运输系统的广泛应用,智能化管道检测技术的开发显得日益重要。在研究了国内外仿生机器人和并联机器人的基础上,对蝎子的行走过程进行了观察和记录,得到了大量的步态分析数据,并应用仿生学、运动学设计理论根据生物原形提出了仿蝎机器人的整体结构方案及各转动关节的转动数据,通过设计计算得到了其详细的机械结构尺寸,根据蝎子的尺寸比例设计了仿蝎机器人三维模型,为进一步进行仿蝎机器人样机在管道检测领域的应用奠定了坚实的基础。