康复机器人肌电刺激控制系统的研究与设计

在分析康复患者对肌电刺激需求的基础上进行了康复机器人肌电刺激控制系统的整体设计,以32位嵌入式芯片作为主控单元,基于can总线实现了个模块的信息交互与控制。通过波形的调制和均方根值检测方法实现了刺激信号的可调输出及反馈信号的特征提取。设计了康复机器人关节运动训练控制与监测模块,对患者的恢复进行有效引导并以此构建康复机器人多种训练模式,增强机器人适应不同人群康复的能力。     

下肢康复机器人示教训练方法研究

针对现存的下肢康复机器人技术未能与康复治疗人员的治疗经验有效结合的问题,提出了1种下肢康复机器人示教训练方法。建立了示教训练方法的数学模型,并设计了下肢康复机器人无线数据采集系统,获取患者在康复医师治疗其下肢过程中肢体运动信息,这些信息用于机器人的控制,从而再现康复医师治疗过程,提高了机器人的治疗效果,有效降低了康复医师的劳动强度。对示教训练的无线数据采集系统进行静态测量误差分析及系统标定,实验结果表明该系统可满足下肢康复机器人示教训练的要求,为康复机器人关键技术研究奠定理论基础。     

一种新型蛇形仿生轮腿式管道检修机器人

针对某管道检修设备的紧凑性、高机动性要求,设计了一种新型蛇形仿生轮腿式管道检修机器人。该机器人采用三节底盘结构设计,上面分别放置检测模块、控制模块和驱动模块。机器人的移动机构选用了半弧形柔顺腿结构设计,六条轮腿基于一个时钟驱动交替三脚步态,实现快速前进或后退。参照蛇的运动原理进行仿生,两相邻底盘之间采用万向铰接联接,通过控制后一节底盘两侧电机的转速,实现差速转向,进而控制整个机器人的运动方向。最后通过运动仿真,进一步验证了该管道检修机器人运动的可行性与稳定性。     

基于非平整地面的轮腿复合机器人运动学研究

针对一种轮腿复合机器人进行了运动学分析,得到机器人在平整地面上的运动学模型。在此基础上将非平整地面对机器人运动的影响简化为两个力作用在机器人上,建立机器人在非平整地面上的运动学方程。利用Matlab软件仿真分析了几种典型路况下机器人的运动情况。仿真结果表明,当机器人在地面波动类似方波和三角波的地面上行走时,机器人参考点的位姿与静止目标位姿之间的偏差最大。从而为机器人的控制系统的设计提供了一个详细准确的运动学方程。     

模糊控制机器人轨迹纠偏

针对填埋场巡检机器人在垃圾填埋场工作中发生位姿偏移从而导致巡检区域重复不能及时获取填埋场HDPE膜破损情况而降低了巡检机器人的时效，通过分析填埋场巡检机器人的运动情况，结合巡检机器人的运动特性和动力学模型，提出一种基于模糊基于模糊控制的填埋场巡检机器人自主纠偏控制器，提高填埋场巡检机器人轨迹纠偏和自动调节能力。也提高了填埋场内巡检机器人对数据勘测的实时性。实验仿真结果也表明与传统PID控制器相比，巡检机器人轨迹偏移降低提高了日常巡检机器人对HDPE膜破损情况的检测效率，向智能化转变跨出了一大步。     

混合驱动踝足假肢阻抗控制方法

本文建立并分析了一种主被动混合驱动踝足假肢动力学模型,提出了一种基于步态有限状态机阻抗规划和前馈补偿力内环的实时阻抗控制算法。为了检验该控制方法的有效性,建立了假肢的多体动力学模型和阻抗控制器模型,并进行了联合仿真研究。研究结果表明,该算法能够有效地控制动力踝足假肢关节完成平地步行,并实现步态中的关节变阻抗行为。该控制算法改善了主被动混合驱动踝足假肢控制的可控性,提高了关节阻抗的控制性能。     

消防机器人三维姿态监测系统的设计与实现

针对机器人在位姿信息获取方面实时性、可靠性以及便捷性的需求,设计并实现了一套消防机器人三维姿态监测系统。该系统以MTiG传感器回传的数据为依据,使用OpenGL等技术手段,实现了获取、处理、保存车辆位姿信息的功能,并以三维动画形式直观反映车辆当前姿态,实时监控机器人状态的功能。从总体结构、传感器安装与参数设定、通信协议等方面介绍系统的硬件设计,并介绍系统软件设计思路。     

基于虚拟现实的工业机器人路径跟踪控制仿真

在机器人路径仿真跟踪的仿真过程中,由于对机器人模型运动角度控制不当,时常出现路径控制仿真结果与既定路径不符的情况。为此,将虚拟现实技术应用到工业机器人路径跟踪控制仿真中。根据工业机器人动力学与运动学分析结果,在选定的虚拟现实软件中构建机器人3D运动模型以及控制环境模型。采用虚拟运动轨迹计算公式,完成机器人路径跟踪模拟控制算法的设计。通过此公式计算结果,监督机器人模型路径跟踪过程,实现对机器人运动角度的控制。至此,基于虚拟现实的工业机器人路径跟踪控制仿真方法设计完成。构建仿真实验环节,通过与其他两种方法对比可知,此方法的路径控制仿真结果与既定路径一致。综上所述,使用虚拟现实技术可有效弥补原有仿真方法的不足。     

耦联结构体系的半主动控制

基于变刚度和变阻尼的原理提出两种用于耦联结构体系的半主动控制装置,在建立这两种半主动控制时耦联结构振动控制体系的运动方程的同时,还提出一种新的广泛适用于一般开关控制型半主动控制系统的控制算法,推导出两种半主动控制的开关控制律,并对结构的动力参数对控制效果的影响规律进行研究。为检验所提出的两种半主动控制装置及新半主动控制算法的有效性,针对不同的算例进行了计算机仿真分析。结果表明,对两相邻结构进行控制是必要的和有效的,所提出的两种半主动控制装置与控制算法是非常有效的,可显著增强耦联结构体系的安全性与舒适性。与变刚度控制相比,变刚度变阻尼控制由于在装置中附加了阻尼,可以取得比变刚度控制更为有效的减震控制效果。     

基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制

针对一类具有特殊安全性要求的五自由度外骨骼上肢康复机器人,研究了一种自适应控制策略。该机器人协助患者的肩、肘、腕关节进行关节运动,以达到上肢运动功能康复的目的,因此,在整个康复训练中如何保证患者安全是机器人控制策略的重点。为确保良好的跟踪性能,所提出的控制策略具有在模型不确定条件下的鲁棒性;为进一步提高系统在大参数变化以及执行器故障时的安全性能,提出了一种在线更新的自适应控制器。该控制器仅需要进行位置测量实现输出信息反馈,而速度和加速度通过观测器估计得到,不需要依靠其他传感器信息。设计了一个参数可调和有界误差的轨迹跟踪实验,仿真结果验证了本控制方案的有效性。