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。     

人体下肢外骨骼关键技术分析与研究

随着单兵武器装备的不断升级,质量问题成为单兵作战灵活性与生存力的一个障碍.人体下肢外骨骼装置能提高士兵的承载能力,使士兵能够负重长途跋涉于车辆无法行驶的路面,充分发挥人与机器的优势,实现人的灵活、机动、智慧与机器强壮性的完美结合.文中介绍了目前国内外在人体下肢外骨骼研究领域的最新研究发展动态,并就其关键性技术进行了分析与研究,为人体下肢外骨骼的进一步设计与开发提供了详实的信息与参考依据.     

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。     

下肢外骨骼运动学与ADAMS仿真分析

目前,我国很多工序仍然是手工作业,工作量大,效率低下。基于此,设计了一个3-DOF下肢外骨骼机构,对其运动学进行分析,然后通过控制跨步调整脚着地位置的方法,确保了机构的稳定性。通过ADAMS仿真分析,结果显示,建立的外骨骼机构稳定性良好,实现了助力目的,满足设计要求。     

携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真

携行式外骨骼作为一种有效的人机耦合方式,能够为人体负重运动提供必要的支撑和辅助。下肢结构作为整个系统的核心组成,其运动轨迹的实现情况将会直接影响外骨骼穿戴舒适性和运动协调性。从运动学角度出发,对外骨骼下肢结构及自由度和动态稳定性进行了分析,利用坐标变换和D-H方法建立外骨骼下肢运动模型并实现下肢运动轨迹规划。利用Solidworks建立了外骨骼三维模型,将其导入Adams中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果验证了运动学模型及推导公式的正确性,为进一步研究携行式外骨骼打下了理论基础。     

下肢外骨骼康复机器人动力学仿真与分析

下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率,减轻康复医师的工作量。设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系,采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模,将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真,得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况,对仿真数据进行分析,验证了数据的正确性,为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。     

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。     

人体下肢外骨骼康复机器人的动力学分析与研究

针对人体下肢外骨骼机器人,将其简化为七杆机构,并将人体行走模式划分为单脚支撑模式和双脚支撑模式,然后运用牛顿-欧拉方法分别对两种行走模式进行动力学建模,研究表明,牛顿-欧拉方法在解决多刚体并联机构的动力学问题中,既可以计算各关节的力矩还可以求解杆件的空间受力,计算简便高效,最后,在ADAMS环境下进行动力学仿真,求解出髋关节和膝关节力矩与运动周期的曲线关系,同时在MATLAB中进行理论计算作为对比,结果表明理论计算和仿真结果曲线存在一定的偏差,但基本一致。     

面向人体运动需求的人机闭链下肢康复外骨骼设计

患者进行康复训练时,外骨骼需满足人体康复训练需求,并保证人体各关节具有确切的运动.针对传统外骨骼髋关节自由度低及人机协调运动时产生运动偏差问题,提出一种含髋关节6连杆机构的下肢外骨骼,并对其人机接口进行优化设计,建立了人机闭链外骨骼优化模型.通过建立外骨骼单侧腿运动学模型,求解其运动学正解、反解、运动空间并检验外骨骼人机相容性,运用ADAMS软件对人体-外骨骼传统模型和优化模型进行了运动学仿真与分析.结果 表明:外骨骼末端运动空间包含人体末端运动轨迹;人体各关节运动曲线与理论期望曲线运动趋势基本相同,优化后的外骨骼明显减小人机运动偏差.研究表明,优化外骨骼有助于更精准控制下肢各关节运动,补偿人体各关节的运动偏差,证明人机闭链外骨骼设计的合理性.     

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。     

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。     

新型下肢外骨骼机器人动力学仿真

人体躯干能够根据负载重量而自适应调节前倾角度,有利于人体对下肢外骨骼的控制和人机系统行走稳定性.当超出一定负重时,躯干前倾困难.设计一种新型髋背结构,利用负重重量增加躯干前倾角度.首先分析人体步态,方便仿真时施加约束和驱动等元素;然后将人体简化为七杆模型,用Kane方法建立动力学方程,减少中间变量,提高计算效率;最后通...     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

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。     

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。     

穿戴式下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真

设计了一种下肢外骨骼装置,主要由髋关节、膝关节、踝关节和驱动装置组成,其中膝关节部分采用了四杆机构替代传统的单自由度转动副结构,提高了膝关节的仿生性,驱动装置采用了电机驱动。对髋、膝、踝三关节采用Adams进行了运动学仿真分析,获得了三个关节的输出角度数据,通过与输入角度数据的对比,验证了该下肢外骨骼装置与人体行走姿态具有良好的跟随性。同时通过对膝关节四杆机构的结构设计与运动学仿真分析的交互叠代,优化了膝关节四杆机构的设计参数。