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。     

一种步态康复训练机器人设计

针对下肢运动障碍的患者数量逐年增多,提出并设计了一种步态康复训练机器人。根据步态康复训练的要求,完成了机器人的整体结构设计和控制系统设计,制作了机器人样机,并利用INSENCO人体步态分析系统,进行了大量的人体实验,测量和记录人体步态参数。实验结果表明,所设计的步态康复训练机器人实现了自由移动和体重支承,且体重支承机构高度可调、体重支承拉力大小可调,可以达到康复训练目的。     

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。     

一种个体自适应康复训练机器人机构的研究

针对现有下肢康复训练机器人人机连接柔顺性和关节对中性差的问题,提出了一种个体自适应的欠驱动康复训练机器人。欠驱动机器人系统只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过连杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,可带动人体进行步态康复训练。建立了机构的人机耦合模型,进行了正、逆运动学分析。然后,基于人机耦合模型,提出了一种人体参数与连接参数的在线辨识方法,可获得难以实际测量的人体肢体长度与人机连接参数等信息,并实现了个体自适应步态轨迹规划。最后,利用MATLAB和ADAMS软件进行了仿真验证,验证了参数辨识方法的正确性,以及提出的康复训练机器人具有个体适应性。     

下肢康复训练机器人的运动协调仿真

随着机器人技术的发展以及人体运动参数化描述的进步,出现了一种新型机器人--康复训练机器人.而下肢康复训练机器人可以模拟正常人的行走位姿,带动下肢有运动障碍的病人进行康复训练.文中采用曲柄摇杆机构来实现人的跨步过程,分析了连杆上支点的运动轨迹;利用曲柄摇杆机构中增加的连杆和滑轨来实现脚踝的运动,分析了踝关节的运动相位,且与步态运动相协调;通过Matlab和ADAMS的运动仿真优化该机构的设计,并通过实验验证优化结果的合理性,整体简化了下肢康复训练机器人结构,降低成本.     

五杆变胞机构下肢康复机器人的性能分析

脑卒中现代人身体残疾的主要原因之一。相关肢体康复训练器的研究很多,但坐姿康复机器人的相关研究尚未见到。在基于中风康复训练的循序渐进要求和康复机器人的运动柔顺性控制前提下,设计了一种轨迹可调的五杆变胞机构下肢康复机器人。对机器人的下肢训练机构进行性能分析,求解两个曲柄处传动轴任意工作状态和任意时刻的受力分布情况,并利用MATLAB软件进行仿真。结果表明:我们设计的下肢运动机构满足运动幅度可调和承载力需求,不同工作状态下两传动轴承受的阻力变化不大;结合分析的结果使选用的电机功率可以达到最小化;根据受力的波动情况,也可为后期进一步研究康复机器人机构运动的柔顺性控制提供一定的依据。     

卧式下肢康复机器人的设计与研究

针对人体下肢运动能力受损患者,研制了一种新型躺式下肢康复机器人。采用定轨式模拟椭圆形步态轨迹,进行康复训练。应用UG建模,进行了运动学分析和ADAMS仿真,验证了机构设计的可行性,具有一定的研究意义。     

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。     

基于步态的下肢康复用外骨骼机器人运动分析

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿真软件Adams对外骨骼机器人的受力和步态进行仿真分析,验证步态的合理性,同时对以后行走的合理性提供依据以及为进一步设计出一种新型穿戴式下肢助行外骨骼机器人样机提供参考。     

下肢康复训练机器人AVR单片机控制系统

研究了一种新型机器人下肢康复训练机器人,它通过模拟正常人的行走姿态,对下肢有运动障碍的病人开展下肢康复训练,有助于病人恢复其一定的运动功能。介绍了它的机械结构和工作原理,以及由AVR单片机实现的控制系统和软件设计。经过实验及数据分析,样机具有实现模拟正常人的行走姿态的功能。     

下肢假肢机构的仿生构形设计与实验研究

下肢机构的仿生构形设计一直是拟人机器人与康复假肢研究的重要课题。通过测量、分析健康人体下肢结构构形与步态模式特征,利用相似性原理,对下肢假肢机构进行仿生设计,结合实际科研项目的样机实验分析。所设计的新型下肢机构在运动学和力学规划模式上逼近真实人体,能够实现拟人化的功能代偿,也可为机器人的拟人化设计提供设计参数和实验对比的依据。     

液压驱动下肢外骨骼系统设计与控制研究

研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。     

两足步行椅机器人及其稳定性计算研究

两足步行椅机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的助残机器人.本文介绍了两足步行椅机器人的整体机构设计,并以前向运动为例,详细讨论了利用ZMP理论进行步行稳定性计算的方法,最后通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性.     

一种新型仿生变胞膝关节外骨骼机器人及其多体运动尺度综合方法研究

针对人体步态周期的摆动相与承载相生物力学特征,创新性的提出一种集变胞仿生膝关节外骨骼机器人与具有“J”型轨迹特征运动副人体等效下肢为一体的人-机并联研究原型,在深入解析其变胞运动承载仿生工作机理的基础上,系统提出一种多体运动尺度综合方法。该方法首先基于多体运动学,系统构建人-机并联运动学模型;其次针对该外骨骼对其穿戴位置滑移与下肢个体差异的有效几何包容,提出一种新型运动学综合性能评价指标——仿生灵巧包容度;再次将多体运动尺度综合问题归结为一类多目标优化问题;最后计及不同人群的步态差异性,采用压缩粒子群算法,深入开展膝关节外骨骼系统多体运动尺度综合数值仿真。通过仿真数据对比与参数敏感性分析,佐证该膝关节外骨骼机器人所具有的变胞仿生运动学综合性能,以及多体运动尺度综合方法的合理性与有效性,为后续研究原型承载有效性的相关研究,提供理论基础。     

Different manipulation mode analysis of a radial symmetrical hexapod robot with leg–arm integration

With the widespread application of legged robot in various fields, the demand for a robot with high locomotion and manipulation ability is increasing. Adding an extra arm is a useful but general method for a legged robot to obtain manipulation ability. Hence, this paper proposes a novel hexapod robot with two integrated leg–arm limbs that obtain dexterous manipulation functions besides locomotion ability without adding an extra arm. The manipulation modes can be divided into coordinated manipulation condition and single-limb manipulation condition. The former condition mainly includes fixed coordinated clamping case and fixed coordinated shearing case. For the fixed coordinated clamping case, the degrees of freedom (DOFs) analysis of equivalent parallel mechanism by using screw theory and the constraint equation of two integrated limbs are established. For the fixed coordinated shearing case, the coordinated working space is determined, and an ideal coordinated manipulation ball is presented to guide the coordinated shearing task. In addition, the constraint analysis of two adjacent integrated limbs is performed. Then, mobile manipulation with one integrated leg–arm limb while using pentapod gait is discussed as the single-limb manipulation condition, including gait switching analysis between hexapod gait and pentapod gait, different pentapod gaits analysis, and a complex six-DOF manipulation while walking. Corresponding experiments are implemented, including clamping tasks with two integrated limbs, coordinated shearing task by using two integrated limbs, and mobile manipulation with pentapod gait. This robot provides a new approach to building a multifunctional locomotion platform.     

髋关节康复训练器控制系统设计与研究

设计下肢膝关节以上截肢患者髋关节康复训练器的控制系统。根据膝关节以上截肢患者的运动特点,使用AVR单片机控制磁粉制动器,产生康复者所需要的力矩,锻炼康复者的膝关节以上肌肉。计算截肢患者在康复训练中时间和能量消耗,对下肢康复训练建立一种新的训练模式。利用运算速率高、抗干扰功能强大和便于控制的AVR单片机,通过C语言编程,结合下肢残肢康复训练实际临床理论,达到自动控制理论和下肢康复训练之间的完美结合。该康复训练器运用自动控制原理可以成功的实现对髋关节部分肌肉的锻炼,精准的控制下肢康复训练的载荷,实现对髋关节肌肉康复训练系统的训练方案的进一步探索。     

Typical gait analysis of a six-legged robot in the context of metamorphic mechanism theory

The equivalent mechanism of the system is often considered as one specific mechanism in most existing studies of multi-legged robots, however the equivalent mechanism is varying while the robot moves on the ground. Four typical tripod period gaits of a radial symmetrical six-legged robot are analyzed. Similar to the metamorphic mechanism, the locomotion of multi-legged robot is considered as a series of varying hybrid serial-parallel mechanisms by assuming the constraints of the feet on the ground with hinges. One gait cycle is divided into several periods, and in different walking period there is a specific equivalent mechanism corresponding to it, and the walking process of multi-legged robot is composed by these series of equivalent mechanisms. Walking performance can be got by analyzing these series of equivalent mechanisms. Kinematics model of the equivalent mechanism is established, workspaces of equivalent mechanisms are illustrated by simulation and a concept of static stability workspace is proposed to evaluate the static stability of these four gaits. A new method to calculate the stride length of multi-legged robots is presented by analyzing the relationship between the workspace of two adjacent equivalent parallel mechanisms in one gait cycle. The stride lengths of four gaits are given by simulations. Comparison of stride length and static stability among these four typical tripod gaits are given. It has been proved that mixed gait and insect-wave gait II have better static stability than mammal kick-off gait and insect-wave gait I. Insect-wave gait II displays its advantage on stride length while the height of robot body lower than 87 mm, mammal kick-off gait has superiority on stride length while the height of robot body higher than 115 mm, and insect-wave gait I shows its shortcoming in stride length. The proposed method based on metamorphic theory and combining the footholds and body height of robot provides a new method to comprehensive analyze the performance of multi-legged robot.     

套装式助力机器人动力学建模与仿真

针对老年人或者下肢功能较弱患者自主行走存在一定困难的问题,研究了一种能够辅助其行走的套装式助力机器人.机器人工作时绑缚在人体上,为行走提供动力.机器人左右对称,单侧机构包括髋关节和膝关节两部分,分别由直流电机驱动丝杠螺母机构的电动缸实现.基于Matlab/Simulink和SimMechanics建立了套装式助力机器人...