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。     

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。     

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。     

卧式下肢康复机器人动力学建模及控制研究

为掌握人体下肢在康复训练过程中的力学特性,对卧式下肢康复机器人进行了动力学建模和仿真研究。考虑到机器人利用机构牵引人体下肢,辅助患者实现对髋、膝、踝关节的康复训练,将人体下肢和机构作为一个整体,应用闭环矢量法和牛顿-欧拉法建立了机器人的运动学及动力学模型,并以动力学模型为基础,基于计算力矩法设计了控制器,以轨迹跟踪为目标进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方案对康复训练是有效的,并且动力学模型能快速、有效地给治疗师和患者提供训练参数,为制定有效的康复训练策略和进行动态性能分析提供理论依据。     

卧式下肢康复机器人主动柔顺控制实验研究

为保证下肢运动功能障碍患者在康复训练中的安全性和舒适性,利用力反馈信息采用阻抗控制原理设计了康复机器人系统的控制器,通过调整末端位置与力之间的关系使机器人具有一定的柔顺性.建立了系统的控制模型,并在dSPACE平台上进行了实验研究.结果表明,通过调节控制器中的阻抗参数,可以使机器人获得不同的刚度特性和阻尼特性,同时分析...     

上肢康复机器人专利申请分析

本文通过对上肢康复机器人领域专利文献的收集、标引和梳理,对涉及运动自由度、结构设计方式、运动控制方式和驱动方式等上肢康复机器人技术的专利文献的技术拆解,分析了上肢康复机器人专利申请情况。     

外骨骼穿戴式康复机器人研究综述

本文介绍了几种典型的外骨骼穿戴式康复机器人系统,包括外骨骼上肢、下肢和手指康复系统。分析外骨骼穿戴式康复系统的结构特点和功能原理,总结外骨骼康复系统的核心技术,展望未来的发展趋势。     

一种新型手部康复机器人的设计与研究

随着脑中风现象的逐渐频繁,其术后的手部运动功能障碍问题也越发地受到重视。专家们普遍认为通过有目的的训练以刺激皮质层重组助于运动功能的恢复。为了得到更好的治疗效果,近年来机器人技术被引入该领域。本文详细阐述了一种新型手部康复机器人Z-hand,重点介绍了该机器人的外骨骼手指部分、外骨骼掌背部分以及驱动部分的结构,同时也介绍了该机器人分别针对不同恢复阶段的三种治疗策略:被动式训练、单手指训练以及多手指协调训练。     

轮式机器人结构与控制设计

采用了“DSP＋ARM”的双核控制方式。DSP主要负责知觉处理,ARM主要负责控制执行器。通过ARM控制驱动器,从而带动步进电动机。通过控制电机的转速和方式,达到不同的运动效果。     

基于运动分离的圆锥幕墙清洗机器人系统设计

由于曲面幕墙要求机器人具有更高的环境适应性能,并对可靠性提出更高要求,所以此前的幕墙清洗机器人研究主要局限于平面或近似平面的幕墙对象,对于曲面幕墙作业对象很少涉及。本文结合广州新机场指挥塔玻璃幕墙的特点,运用运动分离方法设计了一种适用于倒圆锥曲面幕墙清洗机器人系统。实践表明该机器人系统机构简单、重量轻。文章介绍了该幕墙清洗机器人系统结构,并详细分析了外部误差对该机器人系统的影响。     

土工二维振动离心机转臂的设计研究

土工二维振动离心机是岩土地震工程试验研究最有效的试验设备,转臂是支承和驱动吊篮、振动台、试验模型和配重等高速旋转并达到离心试验加速度要求的关键部件．常规土工离心机转臂结构已不满足二维振动试验工况要求．为了使离心机能在常规土工试验、一维振动试验和二维振动试验各工况下稳定运行,将其转臂设计成具有工字梁的焊接框架结构．在对该结构布局和工作原理介绍的基础上,针对某二维振动离心机技术指标,对转臂结构进行了优化设计,并对优化结构进行了力学分析．其结果表明,焊接的框架结构满足二维振动试验工况要求,是一种比较合理的土工二维振动离心机转臂结构．     

Pose estimation for autonomous grasping with a robotic arm system

A robust and accurate method for estimating the 3-D pose of a planar rigid object is presented. This article demonstrates that 3-D pose estimation becomes feasible by using the 2-D tracking points on an object of scale-invariant feature transform (SIFT) and 3-D point cloud detected by stereo vision on an object, assuming that a 3-D geometric model of an object is known a priori. The roll and pitch angles of an object are estimated by the normal vector of approximate plane of 3-D point cloud on an object and the yaw angle is estimated by 2-D tracking point on an object of SIFT. Accurate object detection and localization in the camera coordinate system is crucial for grasping. In the motion planning, the bidirectional rapidly exploring random tree algorithm is used to search for a valid path for efficient grasping. Our robot arm can robustly and autonomously grasp a randomly rotative rigid object detected by SIFT in 3-D space. We have realized a grasping scenario with a dexterous arm (ADAM) such that an object in front of ADAM can be grasped. This demonstration shows how the proposed components build a dexterous and robust system integrating object detection, pose estimation, and motion planning.     

低频大摆幅基础运动对滑动轴承-转子系统动力学特性的影响

考虑了低频大摆幅基础运动及转子在轴瓦内倾斜而产生的非线性油膜力矩等因素,基于拉格朗日方程建立了滑动轴承-转子系统的动力学模型。采用数值方法研究了基础运动对该系统非线性动力学特性的影响。结果表明:转子系统第一次失稳后其动力学分岔特性出现复杂的上下两支拟周期运动,并且第二次出现失稳的转速有所提高;在转子转速较高时,转子的振幅急剧增大,且在拟周期阶段就已经碰触轴瓦内壁而未能过渡到混沌状态。最后讨论了基础运动的摆动频率和幅值变化对系统动力学特性的影响。上述结论有助于认识低频大摆幅基础运动下滑动轴承-转子系统的运动规律。     

Design and development of a customised knee positioning orthosis using low cost 3D printers

Off-the-shelf orthoses used in rehabilitation medicine present challenges in the lack of individual comfort offered and in the support of the different motor conditions of the affected individuals. Although custom-made orthoses address these issues, their current fabrication method consists of a laborious and material wasteful process performed by skilled orthotists. Combining 3D scanning, 3D modelling and 3D printing, this paper proposes and assesses a method for the fabrication of custom-made products for rehabilitation medicine. In collaboration with CMRA, a Hospital dedicated to rehabilitation, the method is applied to the design of a customised knee positioning orthosis for a patient with cerebral palsy. This project is exploratory on the capabilities of the use of 3D printing in patient specific customisation of orthoses. Having developed, prototyped and tested four different concepts with the patient, from which one was successfully accepted, it is possible to demonstrate the potential of industrialisation of these technologies.     

非自治旋转机械系统自同步与异结构同步的研究

摘要:研究一类非自治旋转机械系统的复杂动力学行为.通过系统运动的拉格朗日方程和牛顿第二定律,建立了机械式离心调速é器系统的动力学方程.通过系统的分岔图和Lyapunov指数研究系统的混沌行为,通过仿真Poincaré截面分析系统通向混凝沌的道路,并且验证该系统的分岔图与Lyapunov指数谱是完全吻合的.基于Lyapunov稳定性理论,采用非线性控制方法进行一类不同阶非自治混沌系统之间的同步控制的研究．通过构造合适的控制函数,成功地实现两个不同阶混沌系统之间的同步控制,并用数值的仿真进一步证明该方法的有效性．     

基于语音交互功能的医疗服务机器人控制系统设计

根据老年人、残疾人的实际需求,设计了医疗服务型机器人移动本体和6自由度机械手臂,搭建了以简化隐式马科夫模型为基础的自动语音辨识控制系统。该控制系统通过人机交互系统的语音命令与键盘指令,可控制机器人运行到指定位置,控制机械手抓取物体,实现机器人的避障功能和座椅、病床两模式的自主切换。针对典型医疗服务需求,对所设计的医疗服务机器人进行了实验,实验结果表明,该机器人在人机交互指令控制下能很好地实现到达指定位置、抓取物体、避障和病床/座椅模式切换,不仅易于操作,而且性能稳定,语音系统对命令的识别率达90%以上,从而验证了该医疗服务型机器人控制系统设计的可行性和有效性。     

Stochastic rotational response of a parametric pendulum coupled with an SDOF system

In this paper, parametric excitation of a lumped mass pendulum is investigated when having its pivot point vertically excited. Such a system is described by a sinus type nonlinear Mathieu equation and attention is drawn to the rotational motion of the mass. A single-degree-of-freedom (SDOF) system is used as a base for the pendulum, floating on ocean waves and being externally excited by them thus falling into the subclass of autoparametric systems. Due to the random nature of waves, a narrow-band stochastic process is used to model the environmental excitation. The effect of dry friction is considered and the interaction between the pendulum's rotational response and the base is studied.     

船舶运动模拟器ADRC控制系统的设计与仿真

针对并联式船舶运动模拟器具有多变量,强耦合,结构复杂,难以获得精确的数学模型等特点,给出了一种ADRC控制器设计及实现方案.使用参数化设计方法,在Simulink中构建了机械、液压、控制一体化多域仿真模型,分析了控制器的参数整定方法,仿真结果表明了仿真模型和ADRC控制器的有效性.     

单侧变截面辊弯成形系统的运动分析

对直线电机驱动的单侧变截面辊弯成形系统进行了运动分析。应用正解法分析了末端轧辊的位移、速度、加速度等受直线电机相关参数的影响,并列出了相关的运动方程。应用Matlab语言描绘出了末端轧辊的运动参数的变化曲线,通过曲线对比,分析了直线电机的各个运动参数的变化对末端轧辊速度、加速度等影响;分析并探讨了有关的结构参数的变化对末端轧辊的位移、速度、加速度的影响。     

基于JACK虚拟仿真的学龄前脑瘫儿童助行器人机优化设计

目的 减少学龄前脑瘫儿童助行器的安全隐患,解决患儿在训练过程中的肢体二次损伤问题,提升助行器人机舒适性,对学龄前脑瘫儿童助行器进行优化设计。方法 通过JACK虚拟仿真软件的RULA工具,分析得到学龄前脑瘫儿童在使用助行器过程中存在的不合理姿势,并对其进行人机工学与受力分析,提出改进方法并进行设计优化,最后导入JACK虚拟仿真软件进行风险与舒适性验证。结果 优化后的学龄前脑瘫儿童助行器的使用受伤风险从4级降低到1级,患儿躯干弯曲力矩、L4/L5脊柱压缩力、剪切力的姿势载荷指数分别降低53%、47%、81%,上身各关节处于舒适角度。结论 经过JACK仿真分析及人机优化后的助行器,有效降低了学龄前脑瘫儿童在康复训练中的二次损伤风险,减轻了患儿步行训练中的身体负担,提升了助行器使用的舒适性。