一种新型上肢康复机器人设计与分析

针对现有康复机器人系统的不足,设计了一种新型3个自由度上肢康复机器人结构,采用Denavit—Hartenberg（D—H）方法建立了机器人运动学模型,并分别进行了正运动学和逆运动学分析,应用Matlab和ADAMS软件分别从理论计算和三维模型仿真方面对该机械结构进行了位移、速度和加速度的分析和比较,仿真结果和样机的实验结果证实了设计的可行性。     

一种新型上肢康复机器人设计与分析

针对现有康复机器人系统的不足,设计了一种新型3个自由度上肢康复机器人结构,采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了机器人运动学模型,并分别进行了正运动学和逆运动学分析,应用Matlab和ADAMS软件分别从理论计算和三维模型仿真方面对该机械结构进行了位移、速度和加速度的分析和比较,仿真结果和样机的实验结果证实了设计的可行性。     

可穿戴式上肢康复机器人的运动学分析与仿真

针对三自由度可穿戴式上肢康复机器人,利用D-H法建立了机器人运动学方程.基于Pro/E软件对机器人进行建模,并导入ADAMS软件进行运动学仿真分析,依此确定了在一定输入条件下机器人的运动状态,为实际的机构控制提供了重要数据.     

气动上肢康复机器人伺服控制和运动规划研究

针对中风导致的人体上肢运动功能障碍,提出了一种气动上肢康复训练机器人系统,并研制了二自由度的机器人样机。以带位置检测传感器的摆动气缸作为机器人的关节驱动模块,用比例调压阀作为控制元件,采用PD+速度前馈的柔顺控制策略,对机器人的关节旋转角度实施精准控制。同时,设计了机器人的复合运动轨迹规划,以取水和擦玻璃动作为任务,带动手臂进行康复训练实验。通过样机的测试,验证了控制策略的有效性和康复轨迹规划的可行性。     

一种上肢康复机器人的运动仿真与实验研究

近年来中风患者日益增多,针对中风患者上肢康复训练等问题,提出了一种新型的上肢康复机器人,建立了该康复机器人的运动学反解方程,对"8"字形",0"字形",1"字形等典型康复轨迹进行了仿真与实验研究。首先建立运动曲线,并利用MATLAB编程生成轨迹曲线,其次在ADAMS环境中建立机构的虚拟样机,通过仿真可以看出速度和加速度平滑连接,没有突变现象,最后通过实验证明了机构的合理性以及运动学反解的正确性。该研究对后续的动力学以及控制系统的设计奠定了基础。     

下肢康复机器人逆运动学数值解法

针对机器人逆运动学数值解法中可能出现的雅可比矩阵奇异性问题,提出改进的求解方法,采用关节微变量近似值避免雅可比矩阵的求逆计算,其值由雅可比矩阵和误差矢量决定。以6自由度下肢康复机器人为例,建立8种不同基础坐标系和末端坐标系组合的运动学模型,运用MATLAB软件对算法进行编程,对末端任一位姿进行逆运动学求解,将每次迭代的位姿误差绘制成曲线,对误差曲线进行对比分析,确定运动学模型对数值解法的影响,在此基础上对算法进行改进,可以证明运用改进后的算法可以求得较高位姿误差精度的运动学逆解。     

下肢康复机器人屈伸训练轨迹规划

针对下肢屈伸训练,在机器人末端工作空间内,确定了直线和圆弧相结合的运动轨迹,根据轨迹规划对末端位移、速度、加速度连续性的要求,假设加速度按正弦变化,由直线、圆弧轨迹起点和终点的约束条件求积分得到位移、速度、加速度函数表达式,并利用MATLAB软件得到机器人末端在XY平面内的轨迹,并求解了轨迹上机器人末端位姿与时间的关系,由数值解法求解逆运动学,得到了机器人若干时刻的关节位移,证明了轨迹规划的可行性,同时为机器人仿真的驱动函数提供数据。     

工业机器人运动学逆解的几何求解方法

工业机器人运动学逆解求解方法的不同,其计算量也有很大的差别。常用的代数法求逆解存在计算繁琐,不易理解等缺点,几何法求逆解具有直观、计算量小的特点。以5自由度工业机器人为算例,详细介绍了几何法求逆解的过程,总结出了几何法求逆解的一般步骤:首先对机器人的结构进行分析,确定影响机器人末端操作器位置的相关关节,按机器人的结构直接求出各相关关节的逆解,然后利用所求的位置关节的逆解,通过简单的矩阵运算,可求得剩余关节的逆解。用仿真的方法验证了所求逆解的正确性:假设机器人各关节的转动不受限制,首先让各关节随机转过一定的角度,用机器人正运动学方程,获得机器人任意位姿,然后以此位姿为已知,用所求的逆解求相应的各关节所转过的角度,从而验证了方法的正确性。     

一种串并混联的上肢康复机器人轨迹规划研究

随着我国脑卒中患者数量不断增加,机器人技术在脑卒中患者康复训练中将被大面积运用,而康复机器人的轨迹规划能力将直接影响其使用性能和实践应用,针对此问题,以一种串并混联上肢康复机器人为研究对象,使用向量法对该康复机器人进行了逆运动学分析,提出了一种基于五次B样条曲线的规划算法对该康复机器人进行了轨迹规划,使用Matlab仿真了复杂三维康复运动曲线,并在自主研发的上肢康复机器人实验平台上进行了多种类型康复轨迹实验,实现了新型串并混联上肢康复机器人康复轨迹的个性化。结果表明,根据治疗师输入的康复点位序列,可以快速生成光滑、平顺的康复轨迹,并且在实验平台上准确执行,验证了轨迹规划算法的正确性、可行性。     

新型六自由度服务机器人的结构设计与运动学分析

设计了一种新型六自由度服务机器人机械臂,此机械臂采用部分解耦的结构,能在不明显增加体积的情况下,带来逆运动学求解快速的优点。采用D-H(Denabit-Hartenberg)法建模,获得机械臂正运动学模型,进行正运动学求解,并针对其结构特点,提出一种新的几何法来求解逆运动学问题。通过空间几何关系转换,得到逆解解析表达式和末端位置,该末端位置与正解的末端位置表达式完全相同,印证了几何方法理论上的正确性。经过数值计算验证了正运动学模型和逆解的正确性,为机器人接下来的路径规划和运动控制提供了理论基础。     

基于MATLAB的人体上肢运动学分析及仿真

建立了一个五自由度的人体上肢模型(Upper Limb Model),利用MATLAB语言的矩阵计算和可视化功能对该模型进行了运动学分析,并实现了模型的三维立体仿真。有助于对上肢关节运动角度的理解,提供了一种新的运动分析方法。     

上肢康复机器人控制系统设计

在传统治疗方法中主要由医务人员来辅助偏瘫患者完成康复训练,为减轻医务人员的劳动强度、提高康复训练的效果,基于阻抗控制方法为四自由度上肢康复机器人设计控制系统,实现康复机器人辅助患者完成康复训练。对控制方法进行分析后基于工业控制计算机搭建硬件平台,并分别对单关节运动、多关节连动进行理论分析、软件仿真,信号测试和样机实验。基于阻抗控制的上肢康复机器人控制系统能实现辅助患者完成沿规划轨迹的被动训练和跟随患者运动意识的主动训练。     

2-URS&UPS下肢康复机器人的设计与仿真

随着现代社会的自动化迅速发展,由于事故频发,加上自然灾害和身体疾病导致偏瘫患者增加,必要的康复训练在患者的康复中亦为重要。为了更好的提高康复训练的效果,达到患者不同时期的康复需求,提出一种以2-URS&UPS并联机构为机构原型的下肢康复机器人。该机构具有六自由度,可以做三维复合运动,文中采用5R机构代替虎克铰链,增大了机构的运动空间,利用SolidWorks建模与ADAMS仿真结合的方法,综合不同的康复训练要求,建立康复训练的运动轨迹并进行了模拟运动仿真。仿真结果表明,该下肢康复机器人能满足患者不同时期的康复需求,为下肢康复机器人的设计与研究奠定一定的理论基础。     

冗余移动焊接机器人运动学分析与轨迹规划

设计了一款以四自由度机械臂为执行机构,以旋转电弧焊炬为末端执行器的冗余移动焊接机器人。对机器人移动平台进行建模分析并用改进D-H参数法对机械臂进行运动学分析,然后对其整体进行了集成运动学分析,得出执行器末端坐标系相对于笛卡尔坐标系的运动学关系;并提出一种基于移动机械臂的粒子群优化算法,以解决冗余移动机器人运动学逆解问题,为机器人的运动控制奠定了基础。针对格子型角焊缝提出了一种新的轨迹规划方法,用Matlab对目标轨迹所选取的离散点进行数值解析并进行高次多项式拟合,为后续设计控制提供高效准确的途径。     

小型仿人机器人逆运动学分析及步态规划

基于机器人学的理论基础,在对小型仿人机器人几何机构和行走特点进行分析的基础上,加入了机构的约束条件,讨论了这些约束条件的来源,并用“滑移杆”化简方法进行了逆运动学变换,得到了逆运动学方程的反解。在此基础上实现对机器人步态规划,并且进行了验证。     

坐姿下肢康复机器人的运动学分析及运动仿真

针对中风偏瘫患者及意外事故造成基本运动能力丧失的患者,研制了一种新型坐姿下肢康复机器人。采用连杆机构模型,模拟人体下肢运动,通过连杆带动人的髋、膝、踝关节运动,对其损伤组织进行相应的康复训练。利用解析法对机器人的运动过程进行分析,推导出各构件的运动方程及运动参数。基于运动学分析,运用MATLAB软件推导原动件控制规律,设计一种康复训练模式,再用ADAMS软件进行仿真。根据仿真结果对训练方案进行修正,以进一步优化设计。     

肖像机器人运动学建模与路径规划

针肖像机器人绘画问题,为探讨和研究肖像机器人运动学和插值方法,利用各关节连杆的相对关系得到了正、反运动学描述。首先,规定了Home初始位,同时利用MDH法建立了坐标系,分析了其结构及连杆参数。然后,利用MATLAB数学工具箱验证了运动学求解算法的正确性。最后,讨论了双三次插值在机器人路径规划中的应用,利用该算法对示教路径进行插值以消除了机器人运动过程中的不连续现象。实验结果表明,运动学算法和插值算法具有很好的鲁棒性。     

龙门式上肢偏瘫康复训练机器人

介绍一种龙门式上肢偏瘫康复训练机器人,包括:水平左右运动机构、水平前后运动机构和竖直上下运动机构。可以带动患者手部作水平左右、水平前后和竖直上下三个方向的直线运动,同时,手柄组件具有三个旋转轴正交的被动旋转自由度,通过三个方向的直线运动和三个旋转轴正交的旋转运动可以合成出任意复杂的上肢动作,从而使患者上肢各关节、运动肌肉群以及运动功能神经系统群得到有效的物理刺激,达到恢复患者上肢运动功能的目的。本康复训练机器人的特点在于采用龙门直角坐标的结构形式,扩大了患者上肢的运动范围,同时三个方向的直线自由度不存在运动耦合,便于实现复杂的轨迹规划与控制。     

双足机器人步态规划与运动学仿真研究

针对双足机器人数学描述复杂、机器人运动学分析较为困难的问题,建立了机器人的运动学模型,提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划方法,对机器人的前向运动进行了步态规划,采用工程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关节的运动轨迹.利用Matlab软件中的Sim Mechanics工具箱建立机器人仿真模型,仿真结果验证了步态规划的可行性,为机器人样机的研制提供理论依据.