人机携行外骨骼双腿交替多相行走建模与仿真

为了研究人机携行外骨骼行走过程中多相交替过程下运动学参数的变化规律,基于D-H坐标系对外骨骼建立运动学模型,运用Newton-Euler递归公式计算出行走过程中的运动学表达式。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过位移姿态传感器对人体行走过程中各关节参数进行了测量与分析。基于西南交通大学第三代人机携行外骨骼为研究对象,在Adams环境中建立虚拟样机,以人体运动参数为驱动,对外骨骼进行运动学仿真,并以双腿多相交替过程为切入点,对仿真结果进行了分析。结果可为人机携行外骨骼驱动的测控系统提供可靠依据。     

下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析

下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。     

基于ANSYS的携行式外骨骼机械结构强度分析

以携行式外骨骼为研究对象,采用Solidworks软件对机械结构进行三维实体建模,并实现构件的快速装配;使用ANSYS 10.0软件,对外骨骼机械结构进行有限元分析,并根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为其强度校核及结构优化设计提供了理论依据.     

下肢外骨骼助力机器人本体结构设计与运动学分析

下肢外骨骼助力机器人是一种可以拓展人体关节机能,并可在特殊环境下作业的人机共融型机器人。基于人体下肢生物力学特点,阐述了下肢外骨骼助力机器人的机构设计原理及过程,分析了外骨骼机构的运动学关系,通过ADAMS匹配外骨骼与关节驱动范围并进行了机构优化,可以完成人体的代表性深蹲动作,为外骨骼助力行走留有较大的关节运动裕量,虚拟样机联合仿真也验证了外骨骼助力机器人的设计可行性。     

基于缓冲结构设计的携行式外骨骼研究

为使携行式外骨骼具有更好的减震和缓冲功能,在携行式外骨骼中增设了缓冲结构。将整个携行式外骨骼视为刚性结构与柔性结构的耦合模型,以60 kg为负重载荷,并考虑冲击系数,在ANSYS中利用刚性区域和耦合技术处理携行式外骨骼有限元模型,并进行该外骨骼结构行走姿态的受力分析和整机振动模态分析,获取外骨骼各姿态应力值和整机各阶振型、振动频率。根据分析结果得,外骨骼结构除踝关节结构需加强外,其余部件均满足静力学强度要求,模态分析结果显示该携行式外骨骼有效避免了人体运动过程中共振现象的产生。对外骨骼进行应力测试和行走测试,各测试数据表明外骨骼满足实际使用要求。     

基于ANSYS的携行式外骨骼背架结构研究

以PPS材料制作的携行式外骨骼系统背架结构为研究对象,以60kg为承载负荷,对背架结构的无支撑弯曲、人体支撑弯曲、人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析,并获得背架结构在各工况下的整体应力分布及特定路径下的应力和变形分布。经分析得知,在无支撑弯曲工况下背架结构将产生巨大的集中应力与变形,因此应尽量避免在该工况下进行运动。背架结构在人体支撑弯曲和侧摆工况下所得的应力分布和变形较为理想,背架结构完全能够满足在这两种工况下进行长期运动。     

基于自由度耦合的携行式外骨骼机械结构有限元分析

以携行式外骨骼为研究对象,使用ANSYS 10.0软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,处理构件与液压缸之间的连接问题,并对其进行强度分析,根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为后续研究奠定了基础.     

携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。     

下肢外骨骼的结构设计与仿真分析

提出了一种利用电机+电动推杆混合驱动的外骨骼机械结构,它的单下肢有3个自由度,使用较少但必要的自由度来实现行走,降低了机构的复杂性,并且该结构避免了髋、膝关节轴向尺寸对人体的干扰以及踝关节尺寸对脚部运动的影响,同时引入腰宽调节机构,使外骨骼机器人能够适用于不同人群。此外,基于D-H法,建立了外骨骼机器人的运动学模型,并利用有限元分析软件,对外骨骼机器人进行静力学、动力学和模态分析。整个步行周期的受力情况的分析结果有效验证了结构设计的可行性。     

下肢外骨骼机器人运动学分析与轨迹控制实现

为满足神经受损患者下肢康复训练需要,设计了外骨骼下肢康复机器人,建立了其运动学解析关系;对患者的康复策略进行了分析选择．并对康复策略的轨迹控制方法进行了研究,详细讨论了基于固高GUC-8轴嵌入式运动控制器的主被动控制实现方法。     

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...     

下肢外骨骼机器人结构设计和动力学仿真

为增加单兵作战能力,以人为核心,同时具有机械的高负载能力、耐力、长时间运动能力,设计出一款结合人工智能与机械的助力机器人。机械设计以人体下肢结构参照,模拟人体下肢关节、运动自由度的分布,以达到人机高度协调。通过对人正常行走时步态的分析,测出主要关节随的运动轨迹以及拟合出对应算法。用Matlab将该算法进行计算,获得对应关节的运动数据,再将该数据导入Adams所建的模型,进行动力学仿真。仿真得出各个关节处驱动器相关参数,为驱动器的选型提供参数参考。经过步态规划,机器人可模拟正常人的步伐,仿真结果真实可靠。     

外骨骼助力机器人结构设计及动力学仿真

采用人机合一的下肢外骨骼助力装置,是未来单兵提高携行、机动能力的先进方式;而智能化的助力机械结构设计与合理的驱动选择布置,是确保外骨骼助力机器人可靠工作的关键。本文通过对人体结构与人体行走运动机理的分析,进行外骨骼机械结构的初步设计,并从电控、驱动及结构减重等方面进行考虑,对外骨骼机械结构进行优化设计,并获得三维模型。在此基础之上,进一步就机械结构的运动学仿真,通过对各关节的力矩分析,验证结构设计及驱动布置的合理性。     

并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析

针对下肢瘫痪病人,设计一种新型的平面三自由度并联式下肢外骨骼机构进行研究,运用指数积公式对该机构的位置正反解进行研究分析,同时对该机构的雅可比矩阵和运动奇异性进行分析。以工作空间最大为目标函数,分析影响并联机构工作空间的主要因素,如连杆长度、运动副转角、人体关节角度等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间面积,分析各机构参数对工作空间的影响。在运动学分析的基础上,以满足人体正常行走时髋关节和膝关节运动范围要求,以提高机构运动学性能为目标,进行结构参数优化设计。初步分析结果表明,对机构参数进行优化,能提高运动学性能指标,该机构能够用于下肢瘫痪病人进行康复训练,为进一步并联机构的设计研究奠定了基础。     

下肢外骨骼虚拟样机设计研究

步态分析是外骨骼机器人设计中不可或缺的技术环节。以人体步态运动规律作为下肢外骨骼运动姿态控制的基础,有利于实现良好的人机匹配。采用Vicon运动分析系统进行了运动学实验与分析。在人机交互的基础上,拓展人的运动功能,因此在下肢功能障碍患者康复训练、老年人及正常人助力行走、单兵装备中获得广泛关注与应用。以人机功能匹配为设计出发点,采用Vicon运动分析系统进行了步态行走实验,以步态参数作为下肢外骨骼运动控制依据。通过ADMAS运动仿真与拉格朗日方程计算结合的方式,得出动力学参数。进而完成了一款兼顾行走助力功能与低成本的下肢外骨骼虚拟样机设计。     

一种下肢外骨骼助行康复机器人及康复评价方法

针对下肢瘫痪患者的康复训练需求,设计了一种下肢外骨骼助行康复机器人。描述了外骨骼机器人的机械结构。设计了基于关节角位移的闭环控制系统,将VICON运动捕捉系统采集的正常人体下肢运动关节角作为参考输入信息,控制受试者穿戴外骨骼进行行走、上下台阶动作。完成系统调试后,采用VICON运动捕捉系统捕捉受试者在该控制系统下的步态,并与正常人体步态作对比,验证了控制算法的正确性。定义了下肢康复评价标准RMP,使用设计的外骨骼康复机器人进行患者跟踪康复训练实验,验证了助行康复机器人的有效性。     

外骨骼机器人系统中人体下肢关节力矩动态解算

利用下肢外骨骼关节位移传感器及惯性导航单元采集人体运动信息,计算获得下肢髋、膝关节的相对角度以及躯干的姿态和加速度,通过动力学逆解实时解算穿戴者运动所需的关节驱动力矩。在此过程中,利用人体五杆模型,对人体下肢的运动进行了运动学和动力学分析,通过Matlab/Simulink软件编程求解,得到了人体下肢关节在连续步态周期内关节力矩的变化,通过对比计算获得的支撑踝关节力矩值与足底力传感器实测值,证明了关节力矩求解方法的正确性,保障了外骨骼机器人能够根据此力矩对穿戴者提供助力。     

负重外骨骼机器人的设计及其运动学动力学仿真

介绍了人体下肢骨骼结构以及人体步态数据,并在此基础上创建了下肢外骨骼机器人的零件模型及其装配体模型,然后将装配体模型导入到MSC.ADAMS软件中,进行运动学和动力学仿真。仿真结果表明:该外骨骼机器人结构合理,能够保证机构运动的灵活性与穿着舒适性;其次是动力学仿真结果反映了外骨骼机器人各关节处所受载荷的变化规律。