上肢康复机器人动力学模型参数辨识

上肢康复机器人是一个非线性、多耦合的系统,对其建立精确的动力学方程较为困难,故无法直接应用于控制系统中。基于拉格朗日法建立康复机器人动力学方程,设计一条激励轨迹,并运用激励轨迹得到的关节力矩和关节角度等相关数据进行动力学参数辨识。使用递归最小二乘法辨识法得到较为精确的上肢康复机器人动力学方程,并通过设计相应的验证轨迹,证明了辨识得到的动力学方程的有效性。     

面向驾驶舱布局优化的手部操作研究

以优化飞机驾驶舱布局设计为目的,对人体的手部操作进行了研究。首先,对驾驶舱显控装置的关联性进行分析;其次,以减小人体的手部操作路线总长为目的,对驾驶舱人机界面进行了布局优化分析;接着,以人手部几何模型和人手部Kane动力学模型为依据,建立了基于人手部操作舒适性的驾驶舱布局优化模型;最后,通过实际案例对人机界面上的操作路线进行了仿真分析;利用CATIA仿真人在驾驶舱中的手部操作姿态,计算出人手的操作舒适性,并通过舒适性评价模块进行了结果验证。理论分析和仿真结果表明,在飞机驾驶舱中相对重要的设备应布置在手部操作舒适性较高的区域,并且在布局设计过程要尽量缩短人体手部操作设备的路线,该模型提高了驾驶人员的操作效率,可作为驾驶舱布局优化设计的参考依据。     

外骨骼上肢康复机器人的结构设计与仿真研究

针对上肢轻度瘫痪患者自主进行康复理疗训练的问题,在深入了解传统康复训练的弊端和康复机器人所应具备性能的基础上,提出了一种可穿戴式的外骨骼上肢康复机器人设计方案。首先,从仿生学角度出发,对该康复机器人的整体机械结构进行了建模,并设计了3处长度调节固定机构;然后,对机器人各关节驱动力矩进行了理论分析与计算,通过模型动作编写了step函数,将函数与三维模型图导入Adams进行了动力学仿真;得到了各关节的驱动力矩曲线图,再将其与理论计算结果作了对比分析;最后,对肩关节支撑板和大臂支撑板进行了强度分析。研究结果表明:该外骨骼上肢康复机器人结构设计方案具有较高可行性,能帮助患者实现康复训练。     

基于用户体验的外骨骼机器人舒适性研究

为提高外骨骼机器人的使用舒适性,从用户体验角度,结合诺曼提出的3层次理论研究了影响外骨骼机器人舒适性的因素,从而得到操作便利性、运动匹配性、受力均匀性、外形适应性4个评价标准。在此基础上构建了外骨骼机器人舒适性评价指标体系,采用模糊层次分析法建立了外骨骼机器人舒适性综合评价模型。以上肢外骨骼康复机器人为例,设计了5级李克特量表进行问卷调查,对原型机进行了综合定量评估,发现手臂支撑和后背造型的舒适性较差,然后对其进行改进设计,提升外骨骼机器人用户体验的整体舒适性,为外骨骼机器人舒适性定量测评提供参考依据。     

测井仪绞车主控台操纵装置的人机布局优化研究

为了提高油田测井仪绞车使用过程中的舒适性和安全性,深入研究了测井仪绞车主控台操纵装置的优化布局方法。采用BP神经网络算法对主控台操纵装置在油田测井过程中的重要度和使用频次进行依次排序,为合理性布局提供数据支持;利用CATIA中的人机工效模块,以第50百分位数的男性人体模型为评定依据评测人体视域、上肢可达域的最优值,并利用人体动力学模型计算力矩和位移的关系,以此为依据,对操作者使用装置的舒适度进行优化设计,提出了合理性布局方案。     

基于人体疲劳特性的载人潜水器舱室布局评估方法

针对载人潜水器舱室作业空间小、时间长、几乎无舒适性的特点,提出了一种基于人体疲劳特性的布局评估方法。结合层次分析法与灰色理论修正专家权重,通过层次分析法对舱内装置进行重要性分层赋权。根据人体肌肉疲劳试验所得数据,利用人体疲劳特性值对载人潜水器内的装置进行人体疲劳特性评估,获得各装置的人体疲劳特性值。将各装置人机特性值与其布局位置的疲劳特征值综合考虑,从而对布局方案评估。该评估方法有助于设计者得到符合人体疲劳特性的布局方案。     

基于飞行操作流程的虚拟现实驾驶舱操纵设备布置评估

飞机驾驶舱操纵设备的布置直接影响飞行员的操作体验,关系到操作舒适性、便利性以及飞行安全。以飞行操作流程为基础,综合考虑了执行动作过程中的舒适性、可视性、可达性方面的人机工效需求,本文提出了一种虚拟现实环境的驾驶舱操纵设备布置的评估方法。首先,基于虚拟现实环境建立了面向多评价指标及多操作流程的布置综合评估模型;然后围绕操作可达性、姿态舒适度、操作可视性以及布局紧凑性的人机工效需求,提出了虚拟现实环境下的评估算法,并实现驾驶舱布置综合评价的定量分析;最后以部分驾驶舱为布置评估对象,验证了提出布置评估方法的有效性。     

康复机器人柔性关节舒适性分析与研究

康复机器人柔性关节的舒适性对保障人机接触的安全稳定运行至关重要,针对康复机器人柔性关节舒适性设计进行了分析与研究。从拟人化的角度分析了柔性关节的机械结构设计原理与要求,从生理学角度选择人机压力接触承受点,从仿生学角度建立了外骨骼柔性关节活动范围,同时重点对比分析了外骨骼柔性关节驱动系统,形成了一套完善的柔性关节仿生设计原则,为设计结构轻巧、穿戴方便、操作柔顺的柔性关节奠定了基础。     

大型空间机械臂容错关节设计与控制

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。针对电机失效概率较高的特点,进行了预防单台电机失效的容错关节设计,并建立了该关节的细化动力学模型,模型中考虑了间隙、啮合误差等非线性因素。基于此模型,进行了抗力矩饱和的非线性PD控制律设计,并利用精细积分方法对闭环系统进行数值求解。仿真结果表明:该容错关节可以在单台电机掉电或堵转时,保证关节的稳定、正常运行,且电机和关节的输出力矩均保持在许用转矩的范围内。     

飞机驾驶舱舒适性参数可视化技术

为提高飞机驾驶舱人机工效水平,缩短设计过程,以舒适性设计为例,采用遗传算法进行飞行员人体姿势预测。将关节空间坐标作为变量,并以确定性约束减少变量的数量,提高算法求解速度与精度;运用Jack软件对姿势预测结果进行检测,证明了算法的有效性。通过快速上肢评估算法对所得姿势进行评估,获得舒适性参数,最后以不同等级RGB值对舒适性参数进行可视化表示。