步态训练机器人人机系统动力学仿真

基于MATLAB对6自由度步态训练机器人的人机系统进行了动力学仿真研究.应用Newton-Euler法,推导了机器人的运动约束方程和动力学方程,构成了机器人的约束矩阵方程(constrained matrix equation,CME);分析了正常人在平地行走时的步态特征,并给出了人在行走时双足对地面的压力模型,利用MATLAB工具箱建立了人机系统动力学仿真模型,并对机器人跟踪人在平地行走的步态轨迹进行了仿真分析.仿真结果表明,步态训练机器人对人的双足负载具有良好的适应能力,可以方便获取机器人的动力学参数.该研究为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

六足机器人步态规划及其静态稳定性研究

以一种新型六足机器人样机为研究对象,研究机器人直线行走步态及其在该步态下的稳定性.分别规划了一种六足机器人纵向与横向直线行走的三角步态,给出了六足机器人在三角步态下步长以及稳定裕度的计算方法,并分析了六足机器人在三角步态下的静态稳定性.六足机器人采用三角步态直线行走时,不考虑惯性力对机器人稳定性的影响,在其步长满足一定条件时,六足机器人是静态稳定的.     

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求，研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型，并分析患者下肢运动动作意图，为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验，结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求，能在康复训练中获取人体运动意图，这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。     

基于MATLAB及STM32的双足机器人步态规划研究与实现

双足机器人的步态稳定研究一直是相关领域的核心问题,该文主要介绍了一种双足机器人步态规划设计,通过观察人的步态规律得到关节空间中单足运动步态变化的8种状态,从而推导双足运动,通过MATLAB仿真在基于STM32和6个数字舵机搭建的双足机器人模型中完成运动验证,证明了该设计的正确性。     

基于Matlab的仿壁虎机器人仿生步态规划与仿真

在深入观察分析壁虎爬行步态的基础上,针对其非连续约束变结构运动特点,进行了新型仿壁虎机器人的运动学分析,设计了一种前脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生多步态规划方法,以弥补现有的步态规划方法中存在的运动协调性差、适用面窄等不足.基于Matlab软件平台开发了仿生步态规划程序,分析比较了仿壁虎机器人在对角和三角步态下的仿真...     

轮-履-腿复合仿生机器人步态规划及越障性能分析

为了提高移动机器人的越障性能,实现其自主越障,设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人,并对其进行步态规划和越障性能分析。首先,以海龟为仿生对象,通过分析其身体结构和稳定机理,设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构;同时,基于该机器人的结构特征,利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了坐标系并求解了其支腿的运动学方程。然后,通过观察海龟的爬行过程,将其单个爬行步态周期内的动作分解成放腿、爬行、抬腿和摆腿,并结合运动学模型对机器人进行步态规划,提出了4种仿海龟爬行步态。接着,以机器人的四腿爬行步态为例,利用静力学方法分析了其支腿关节的受力情况,而后通过分析机器人跨越壕沟和攀越台阶的过程,以最大跨越壕沟宽度和攀越台阶高度为指标对其越障性能进行了评价。最后,制作了机器人实验样机,开展了步态实验和越障实验。实验结果表明,该机器人可以利用4种仿海龟爬行步态实现横向移动、纵向移动和原地旋转,且具有很好的越障性能和稳定性;机器人能跨越最大宽度为434 mm的壕沟,攀越最大高度为175 mm的台阶。实验结果进一步验证了所设计的仿海龟机械结构可行,所规划的仿海龟爬行步态合理...     

极点配置法在自平衡机器人中的应用

本文主要介绍了采用状态反馈极点配置法对自平衡机器人进行控制方法设计的主要过程,利用Matlab软件对自平衡机器人系统进行了多种情况下的极点配置,并对各种极点配置情况下系统的阶跃响应进行了分析对比,经过反复测试及实验最终确定了最佳的控制方法,为自平衡机器人控制方法的研究提供了一条新的途径。     

轮腿可切换机器人步态切换动作设计及其机体位姿测量仿真

轮腿可切换机器人在不同的环境下具有不同的运动性能,研制一款新型轮腿可切换机器人。该机器人可实现轮式步态和腿式步态的切换以适应不同环境,最大限度提高机器人运动性能。本文研究了机器人进行步态切换时,机器人机体位姿变化及机器人机体质心在空间的位移及机器人腿各个关节的旋转角度的变化的测量方法,为机器人稳定性研究提供依据。通过对机器人步态切换动作进行仿真,测量机器人质心在空间的变化量及关节角度变换,分析测量结果表明机器人位姿变换平稳,证明机器人步态切换动作的合理性。     

基于模糊PID的康复机器人减重系统控制研究

针对目前下肢助行康复机器人减重系统存在的一些问题,提出了一种模糊PID的控制算法。首先对助行康复机器人i Re Go整体以及减重系统的机械结构方面进行分析介绍,建立了减重系统的动力学模型。其次,分析介绍了传统PID控制器存在的缺点。通过模糊控制与传统的PID算法结合,对PID参数进行在线自整定,实现了在康复训练过程中减重机构实时跟随病患骨盆上下运动并提供稳定的减重力。最后进行了与传统PID算法的对比实验验证,结果表明在康复训练过程中提出的控制算法比传统的PID控制算法能够给病患提供更加准确的减重力。     

Planning on Bionic Walking Gait of Quadruped Robot over Rough Terrain

A quadruped robot is more adjustable to a complex terrain than a wheeled or caterpillar robot to realize the continuous adjustable motions characterized by submissiveness and low energy consumption in basic control of the quadruped robot over rough terrain. This paper presents a static walking mode of "altitude hold",which means to keep absolute altitude by controlling limbs adjustably on the basis of which biokinetics studies have shown that quadrupeds can move with almost the same body altitude over rough terrains characterized by a nearly horizontal relief. The gait design specifies several characteristic states of stance phase and swing phase for a quadruped robot and controls the phase sequence and phase of four legs through change of characteristic states. Furthermore,we design a robot control system to generate adjustable gaits and control the coordinative movement of robot joints. This planning method is tested through ADAMS and MATLAB interactive co-simulation; the quadruped robot which has 8 degrees of freedom ( 8-DOF) is used to simulate the motion over a terrain characterized by randomly arranged humps. The results show that this method can make the quadruped robot capable to walk over certain rough terrain.     

坐式下肢康复训练机器人人机舒适度设计

目的 从满足脑卒中偏瘫患者或行走能力弱的患者,进行下肢康复训练时对设备的使用需求出发,对传统坐式下肢外骨骼康复机器人进行改造,以增强机器人的人机舒适度.方法 通过主观评价的方法,对坐式下肢康复训练机器人的座椅椅背处于不同角度时不同患者的舒适度进行评价;并借助JACK软件创建第95百分位男性和第5百分位女性虚拟人体模型,利用受力分析模块对虚拟人体第4节和第5节腰椎(L4/L5)进行受力分析,得到座椅相对舒适角度区间;通过分析使用者与设备的人机交互过程,对外骨骼匹配性和显示装置的可视性进行人机工效评估.结论 通过对康复训练机器人的舒适度分析,得出了更加符合人机关系的产品尺寸区间,为康复训练产品舒适度方面的设计提供了有效的方法.     

康复机器人研究与应用进展

目的随着老龄人口与脑卒中患者数量的不断增加,以及辅助治疗成本的增长,老龄服务及康复需求问题日益突出。康复机器人的开发及应用,将成为未来解决老龄问题的重要手段,具有积极的理论价值和现实意义。它融合了人工智能、机器人学、机械、生物力学、信息科学及康复医学等诸学科相关知识,逐渐发展成为医疗机器人领域的一个重要分支,成为学界研究热点。在此背景下,对康复机器人研究与应用进展进行述评,梳理康复机器人技术的演进历程。方法基于文献成果、大学实验室研究动态及产业调查,分析了康复机器人功能分类、人机交互方式及其关节角度与力矩、肌电信息感知融合与控制、力反馈控制、空间运动检测等关键技术。分析上肢、下肢康复机器人的发展状况。结论提出康复机器人HRI人机交互安全性、人机工程及人机界面设计中存在的问题及发展趋势,以期为学界后续研究提供有益的借鉴。     

手腕康复机器人功能设计与外观设计

目的人体的手腕是活动中易损伤的关节,为辅助患者对手腕部位进行连续性标准化康复训练,设计一种结构紧凑、使用方便的手腕康复机器人。方法根据康复医学原理确定腕关节的转动运动范围,设计一种3-RRP球面并联式外骨骼康复机器人。通过虚拟样机对康复机器人进行仿真实验。使用MATLAB求解康复机器人的工作空间。根据人机工程学对机器人进行外观安全设计。结果该机器人有3个转动自由度,可实现腕关节掌屈/背伸、尺偏/桡偏、与小臂一起旋转运动。仿真实验表明该机器人可满足手腕关节康复训练要求,运行平稳,机器人的工作空间为球面的一部分,且连续无空洞。外形与色彩及人性化尺度设计使患者能够享受良好的医疗体验。结论使用该机器人可以达到腕关节的康复效果,研究结果为手腕康复机器人的产品工业化设计奠定了理论基础。     

基于虚拟现实技术的机器人外科手术模拟与培训系统研究

从中国神经外科手术的具体应用背景出发,结合我们研制的机器人辅助无框架立体定向手术系统（CRAS－BH3）,研究一种基于虚拟现实技术的机器人外科手术模拟与培训系统结构,改进和提高三维模型人机交互的显示速度,将立体显示HMD设备与自制的人机交互装置相结合,建立一个面向临床实际应用的机器人辅助外科手术模拟与培训演示系统。     

壁面自动清洗机器人研制

阐述了研制用于高楼外墙壁面自动清洗作业的壁面自动清洗机器人过程中所涉及的各单元技术及其集成，该壁面自动清洗机器人由移动机构，吸附装置，清洗装置，机电控制和安全辅助设施等几个部分组成。     

助行康复机器人人机交互设计研究综述

目的对助行康复机器人人机交互设计研究进行归纳整理、综合分析、评述与展望,以期为相关研究提供参考及借鉴。方法以人机交互设计方法为基础,通过文献研究法和定性研究法等对助行康复机器人的分类、人机交互控制策略与人机交互界面设计进行综述。结论指明了按功能、人机运动关联、步态训练区域和结构等助行康复机器人的分类方式与研究现状;归纳总结了三种助行康复机器人的人机交互控制策略的研究进展和研究成果,包括基于人体测量信号的控制策略、基于交互力测量的控制策略和基于机器人测量信号的控制策略;对比研究了助行康复机器人的人机交互硬件界面设计和人机交互软件界面设计,并预测了人机交互界面设计的发展趋势。     

士兵不同步态行走时足底压力比较分析

目的研究士兵自然走、齐步走、正步走过程中足底平均压力、压强和冲量等参数,探索足底压力分布规律。方法实验在陕西科技大学运动生物力学研究中心进行,从部队某部随机抽取士兵10人,采用比利时Footscan USB2平板足底压力测试系统对其进行动态足底压力测试。在赤足状态下分别以自然、齐步、正步走过测试仪,每人双脚各测试3次,记录动态足底压力参数,计算不同步态下各区域的平均峰值、压强、冲量等参数特征。结果 10名受试者进入结果分析。(1)平均峰力值:自然行走时足底最大压力出现在第3跖骨,为194.08 N。齐步和正步行走时最大压力出现在足跟内侧,依次为234.36 N和300.19 N;(2)平均压强峰值:三种步态行走时最大压强均出现在足跟内侧,自然行走为502.87 k Pa,齐步走为559.04 k Pa,正步走为581.42 k Pa;(3)平均冲量峰值:自然走时,足底最大冲量出现在第3跖骨,为39.01 N.s,齐步走时为足跟内侧,为41.94 N.s,正步走时为足弓,为66.73 N.s。结论战士在不同步态行走时足底压力参数最大峰值分布部位有一定的差异,而且峰力值、峰值压强和冲量都呈现出正步走最大,齐步走次之,自然行走最小的。