半共享式爬楼轮椅结构设计与分析

针对老龄化现象的不断加剧和肢体残疾率的不断升高,通过参考共享单车的设计灵感,创新性地提出了一种半共享式的爬楼轮椅.采用模块化的设计方式,将爬楼轮椅分为折叠体和爬楼体两部分分别进行设计,对爬楼轮椅的传动系统和运动系统进行了研究.通过Adams建立动力学仿真模型,验证了爬楼轮椅的可行性.     

一种多功能越障轮椅的结构设计与仿真分析

针对下肢残障及行动不便的特殊人群出行需求,设计了一种基于人机工程学的多功能越障轮椅。采用电机控制推杆伸缩运动的方式实现越障功能,同时轮椅具有升降、靠背调节、爬坡等功能,对应这些功能设计了执行机构。基于FUSION软件建立了轮椅的三维模型,通过ANSYS对三维模型和推杆进行受力分析,判断其满足强度要求;利用MATLAB软件对3组推杆的空间分布进行优化,使推杆组合运动达到最省力状态;在ADAMS软件上对轮椅进行运动仿真,以确保其可行性。试制的实物样机测试表明,轮椅的各项功能已实现,满足人机工程学,证明设计合理。     

座面可调电动轮椅的机构运动仿真

通过运动仿真,对座面可调的多功能轮椅进行机构设计。基于人机工程学及位姿分析,设计各构件尺寸。在MATLAB中建立轮椅运动学模型,通过仿真分析得到了各刚体关键铰接点的位移、速度、加速度等参数。将得到的运动学参数与轮椅的功能要求进行比较,对轮椅整车机构进行修正。所设计的轮椅能辅助残障者实现坐立、站立、平躺等多种姿态间的转变,也便于轮椅与其它康复设备的安全对接。多刚体运动学仿真方法能更直观进行机构功能分析,从而缩短设计周期。     

一种坐式肢体协同运动康复机构的设计与分析

针对肢体功能障碍者上/下肢独立进行康复训练的现状,设计了一种基于复合连杆的坐式肢体协同运动康复机构。根据人体生理结构与肢体运动特点,建立人-机模型;利用矢量法对模型进行运动学分析,探索了机构中影响肢体运动的主要因素,并在此基础上,综合分析了机构的尺寸;在ADAMS中进行仿真分析,获得了不同曲柄和支撑杆长度下的脚踏轨迹和肢体运动参数曲线。结果表明,该机构可以实现肢体的协同运动,通过对曲柄和支撑杆长度的调整可满足个性化康复训练的需求。     

一种多功能智能轮椅结构设计与仿真分析

针对需要特殊护理人群的市场需求,设计了一种基于人机工程学的多功能智能轮椅。通过市场调研和社会调查,确定智能轮椅应具有行走功能、对接功能、升降功能和其他辅助功能,并设计了对应的执行机构。基于CATIA软件建立了轮椅的三维模型,利用ADAMS软件对智能轮椅的对接功能模块进行运动分析,判断了机构的可行性。通过ANSYS软件对智能轮椅的关键零部件以及对接功能模块进行了静力学分析,满足刚度和强度条件。试制的实物样机测试表明,轮椅的各项功能均已实现,其最大行驶速度、前伸速度、爬坡角度、承载能力等指标均符合国家标准,并满足人机工程学。     

坐立卧式护理轮椅的结构设计及运动学仿真分析

为满足行动不便的老年人和残障患者的护理需求,设计了可辅助站立、辅助躺卧的坐立卧式护理轮椅.阐述了轮椅机构的设计方案和工作原理,并基于人机工程学原理,采用三维步态分析及运动系统分析了正常人体起立、躺卧过程中各关节的运动轨迹规律.建立轮椅机构间几何关系,并对机构进行了运动学分析;结合人体测量学数据,确定各构件参数并建立虚拟...     

自动上下楼电扶椅设计

轮椅是康复的重要工具,它不仅是肢体伤残者和行动不便人士的代步工具,更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。轮椅方便了老年人及残疾人的出行,但当遇到楼梯或者台阶时,轮椅便不能前行,这造成了很大的不便,但如果轮椅不仅仅局限于平地的前进,也能够攀爬楼梯台阶,这会给行动不便的人带来新的生活。自动上下楼电扶椅不仅仅能够在平地前行,也能往返于楼梯台阶,将会带来极大的便利,也会有广阔的市场空间。     

一种上下肢协调康复机器人的机构设计与分析

针对临床上缺少一种肢体协调运动康复训练设备的现状,研制了一款适用于偏瘫患者个性化训练的上下肢协调运动康复机器人。首先,建立人体下肢模型,对坐姿下肢康复运动规律进行探索;然后,基于试验规律探索确定机构执行方案与参数;最后,在样机上进行了上下肢肢体协调运动与不同规划步长训练功能试验,结果表明该机器人能够满足设计目标。     

步态康复机器人意向运动补偿控制策略

下肢康复机器人的设计包括结构设计、康复策略设计两部分。唯有做好这两部分工作,才能帮助患者更好地进行康复训练。良好的、有效的康复控制策略,能够极大地帮助病人进行下肢康复锻炼,并能够满足各个阶段患者的运动训练需求。     

基于人机交互的多功能康复式轮椅设计

为解决目前市场上大多数轮椅产品功能单一,人机交互差等问题,依据人机工程学原理,综合应用交互设计的方法,设计了一种集合越障、自动避障、站立变形、辅助康复治疗等功能于一身,来满足特殊人群需要的多功能康复式轮椅。试验结果表明,该轮椅和同类产品相比,人机交互强,对提高残障患者的生活质量有极大意义。     

轮椅人机系统设计与分析

通过对轮椅各部分的阐述,提出了目前轮椅设计的不合理性,并从轮椅结构及人体尺寸2方面进行了人机工程分析。结合中国成年人．^坐姿标准尺寸,从人体测量学角度,进行了轮椅尺寸的设计,并按照功能修正的方法,设定了轮椅的主要设计尺寸,绘出了标准尺寸的轮椅视图。根据残疾人、老年人对其舒适的需求,以靠背、坐垫、脚踏、手推柄为例进行了一系列的舒适性设计。     

Wheelchair.q, a motorized wheelchair with stair climbing ability

The paper deals with Wheelchair.q, a concept for a stair climbing wheelchair capable of moving in structured and unstructured environments, climbing over obstacles and going up and down stairs.The design of the wheelchair, consisting of a frame, a seat and a four-bar linkage mechanism that connects frame and seat, is presented.The four-bar linkage moves and rotates the chair to prevent the wheelchair from overturning and to guarantee a comfortable posture to the passenger during different operations. The kinematic synthesis of the linkage mechanism is discussed using an algebraic method. When the wheelchair faces an obstacle such as a step or a stair, it can passively change locomotion mode, from rolling on wheels to walking on rotating legs, thanks to its self-adaptive locomotion units. The function of the locomotion unit is described and modeled using kinematic equations. The locomotion unit requires only one motor, for both wheeled and legged locomotion. Tests on a scale prototype were conducted in order to evaluate the effectiveness of this locomotion.     

下肢行走康复训练机器人机械结构设计

针对由于神经损伤而导敛下肢运动障碍的患者康复训练问题,设计一种气压驱动的下肢行走康复训练机器人的机械结构.以Pro/E为基础,构建了该机构的三维虚拟模型.着重分析了人体行走过程中重心的变化规律,设汁了计心平衡机构并进行了运动学分析,仿真结果验正了该机构设计和控制方法的有效性和可行性.     

电动往复式步态矫形器机构优化设计

针对原有往复式步态矫形器对患者体力消耗较大、步态差异大且失真严重、膝关节康复效果微弱等问题,对矫形器进行改进设计,分别在矫形器的髋关节和膝关节处增加了驱动机构,设计出一种电动往复式步态矫形器(Electric reciprocating gait orthosis, ERGO),可通过穿戴在患者下肢上,协助无行走能力的患者实现行走功能。由于人体下肢运动关节的复杂性,电动往复式步态矫形器与人体下肢运动关节不可避免存在一定的差异,因此需要通过机构的优化使得人-机之间髋、膝关节的运动规律及下肢末端轨迹更加接近,从而避免患者在使用过程中由于人-机运动偏差而造成不必要的伤害。在此基础上通过仿真分析和试验验证,证明了电动式往复式步态矫形器的可行性和优化结果的有效性。     

面向踝部康复的广义球面并联机构型综合

针对现有踝关节康复机器人难以充分拟合踝关节复杂运动,人机相容性较差的问题,提出一系列与踝关节实际骨结构匹配程度更高的串联等效拟合模型。为满足踝关节串联等效拟合模型对康复机器人机构本体的功能需求,给出一种具有串联等效拟合模型的广义球面并联机构型综合方法。首先枚举出广义球面机构的基本构件及运动副,并依此构造出广义球面支链。继而基于螺旋理论分析单支链以及多支链组合对动平台的约束性能,给出支链的组合条件与原则,阐明不同支链在机构中作用的异同,并依此归纳出位置支链和姿态支链两类广义球面基本支链。最后基于基本支链的约束特性,根据支链组合条件,综合出一系列适用于踝关节康复机器人本体研究的广义球面并联机构,并通过螺旋理论证明其与踝关节串联等效拟合模型的自由度数及性质具有一致性,为此类康复机器人本体设计提供理论依据。     

下肢关节促动六杆机构尺寸综合优化设计的研究

提出了一种能帮助偏瘫病人实现下肢康复运动的六杆机构,对于该种型式的六杆机构,利用轨迹发生机构的优化方法,在MATLAB软件中使用优化函数通过编程对该机构实现了尺寸综合的最优化设计,最终确定六杆机构中各构件较合理的尺寸参数值.基于该优化设计而生成的下肢康复运动的六杆机构,利用VB编程验证了机构运动轨迹的合理性.     

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。     

基于虚拟现实手臂外骨骼康复系统的研究

将虚拟现实和外骨骼技术引入到肢体的康复工程,根据康复医学的运动疗法和作业疗法,为上肢残疾患者研制出手臂外骨骼康复系统,实现了手臂的运动控制,并构建了虚拟环境仿真平台。借助于触觉感知接口的力反馈作用可以使患者感觉到手臂受到的作用力。提出手臂功能康复测评方法,并建立患者康复病案数据库。手臂外骨骼康复系统为患者提供有效的肢体功能恢复的工具。     

可折叠手推轮椅的三维结构设计与有限元分析

论文针对部分残障人员对手推轮椅的功能需要,并按照人机工程学的基本原则与要求,完成了可折叠手推轮椅的原理分析、相关计算、三维实体结构设计,以及基于ANSYS Workbench软件的有限元分析。分析与研究表明该轮椅的材料选用和结构设计均符合可折叠手推轮椅的使用要求,设计与分析结果可以为可折叠手推轮椅的结构设计及其工业化生产提供理论依据。     

基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制

针对上肢运动功能障碍患者进行辅助康复训练,搭建了一套上肢康复外骨骼机器人系统,并提出一种基于屏障Lyapunov函数的增广神经网络自适应导纳控制策略。首先,介绍了上肢康复外骨骼的机械机构及其控制系统。然后,推演了控制器的设计过程并进行了Lyapunov稳定性证明。最后,分别进行了不同控制内环的轨迹跟踪被动训练实验和不同导纳参数下基于人机交互力的主动交互训练实验,同时分析比对了主动训练时的人机交互力与轨迹偏差的变化关系。被动训练实验结果证明了增广神经网络对人机模型动力学的逼近效果,其轨迹跟踪峰值误差为模糊PID控制器的53%。主动交互训练实验证明了通过调整导纳参数可实现在相同训练任务下不同强度的康复训练以匹配不同康复阶段下的患者。