多自由度假手控制和实验系统的设计

设计了多自由度假手控制系统,采用了分布式结构,有2个DSP分别进行假手的本体控制和基于EMG信号动作识别.建立了多自由度假手控制实验平台,可以进行离线训练和基于DSP的在线动作识别.     

基于超声信号的假手实时控制系统研究

假手控制方法是假肢技术研究的热点问题之一,研究者利用各种人体生理信号作为控制源,希望能够简单、方便、准确地操控多个自由度。本文在以前工作的基础上,研究用超声实时控制动力假手的新方法,设计了基于超声的假手控制系统,包括单通道超声收发和采集、假肢控制、信息处理与反馈等部分。基于该系统进行了正常人假手控制实验,探讨将超声信号作为假手控制源的可行性。实验结果表明单通道超声信号能连续控制假手的张开程度,为实现假手的抓握控制提供了一种简单有效的方式,具有良好的控制性能。这为进一步研制多通道超声控制多自由度假手提供了理论与实验基础。     

三自由度比例控制肌电假手的设计

针对电动假手的仿生控制问题,给出了一种三自由度实时比例控制肌电假手的设计方案。通过采集残臂上的4路表面肌电信号（SEMG）,采用能量时域分析法对信号进行了特征提取,并采用二叉决策树模式分类方法识别得到了手部3个自由度7个动作模式。由单片机构成的信号处理和控制电路,实现了三自由度电动假手的实时仿生控制;并根据表面肌电信号的强弱,采用多路SEMG能量加权法来求取多自由度假手的比例控制系数,实现了对电动假手的比例控制。试验结果表明,基于表面肌电信号的三自由度肌电假手响应速度快。动作准确率达到96％以上。     

DLR/HIT仿人机器人灵巧手的设计

基于对人手结构及功能的分析，提出了仿人机器人灵巧手的设计依据，并以此为目标设计了DLR／HIT仿人机器人灵巧手。DLR／HIT手具有与人手相似的自由度配置，共有13个自由度，具有4个相同结构的手指，每个手指具有3个自由度，拇指另有一个张开／闭合的自由度，包括位置、力／力矩、温度等多种感知功能以及高速实时控制器的设计，这些功能赋予了DLR／HIT手更强的操作能力。通过抓握仿真，证明DLR／HIT手能够在一定范围内实现人手的抓握操作。     

新型圆柱面3自由度并联机构的动力学逆解

针对一种新型圆柱面 3自由度并联机构应用牛顿 欧拉法进行了动力学逆解分析。该机构具有 2个移动自由度和一个转动自由度 ,首先推导出该机构的运动学逆解 ,建立了支链和动平台的力和力矩平衡方程 ,根据不同类型支链的运动学约束条件消除了部分铰链约束力和力矩 ,从而推导出驱动力矩模型 ,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。该模型可用于改进该机构的结构组件设计和控制算法。     

基于电子模拟计算机的动力学等效实验

基于电学和动力学广泛的相似性,针对动力学实验可观测性差,从控制角度,用电子模拟计算机实现传递函数。以受力拓扑为基础,从最基本动力学元件弹簧、阻尼器和质量块的等效模块开姑,组合成单自由度、空间多自由度系统等基本结构,说明拓扑一致和简单可加;最后结合电路发展现状和趋势,给出了对复杂系统的嵌入式设计混合仿真构架。由于传递函数相同,方法对实际动力学控制器设计也具有一定意义。     

多自由度超声电机构建腕关节结构关键问题的研究

这里分别从杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法、定转子之间的预压力加载以及确保电机球形转子在关节结构中三自由度运动的结构形式设计等三个方面对基于杆式多自由度超声电机构建机器人腕关节结构进行了相关的研究。针对当前在杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法上的不足,提出了在有限元模型中应考虑接触和螺栓预紧力在振子动力学特性中的影响因素,并通过实验验证了该方法的正确性,在腕关节的结构设计方面,通过增设转向环及其转轴与球形转子转轴的垂直交叉布置,巧妙的实现了关节三自由度的运动及电机定、转子之间的预压力的加载、可调。该结构简单、轻巧灵便,对机器人的微型化、轻量化具有积极的意义。     

基于SPCE061A的多自由度假手语音控制系统的研究

介绍了利用语音识别和无线传输技术实现对多自由度假手的远程语音控制系统。用该语音控制系统弥补了基于肌电信号（EMG）和脑电信号（EEG）控制系统的不足。从而使多自由度假手进一步满足残疾人的需要，给残疾人带来更多的方便。该语音控制系统结构灵活紧凑，质量轻，能耗低，易于功能扩展，便于在以后的工作中增加用户所需的功能。     

儿童下肢辅助训练外骨骼的结构与控制方案设计

面向学龄前脑瘫儿童的下肢康复辅助训练外骨骼的研究十分匮乏。针对这一现状从脑瘫患儿的病理特点入手，基于牵张和步行训练所需的必要自由度进行分析，确定了关键设计指标继而完成了共具有6个主动自由度的下肢康复外骨骼结构设计和结构优化。最后针对康复训练方案的特点提出了基于位置反馈的动力学前馈控制，通过对系统时域特性的分析确定了控制参数。通过实验分析证明了儿童下肢辅助训练外骨骼的结构合理性和牵张运动和步行训练的可行性。     

肌电控制假手新型自动变速系统的分析研究

以肌电控制假手的传动机构为研究对象,提出了肌电控制假手的新型自动变速系统传动方案。考虑传动系统中齿轮副时变啮合刚度,各齿轮的横向、纵向振动及沿啮合线方向振动、中心构件的扭转支撑刚度等建立了新型自动变速系统的传动系统动力学模型,通过轴承将传动系统和结构系统耦合起来,推导建立了"两级行星齿轮-离合器-轴承-外壳体"的肌电控制假手自动变速系统的耦合动力学模型,采用有限元软件中的Lanczons算法分析得到了该系统动力特性,验证了该新型系统传动方案的可行性,从而为肌电控制假手的动态设计和性能分析提供了基础。     

基于肌电信号的仿人型假手控制

提出了一个表面肌电信号运动模式分类器，利用安置在拇长屈肌和指深屈肌上的2个电极所测得的肌电信号，该运动模式分类器能够成功的分辨出拇指、食指和中指的弯曲运动。完成了对所研制仿人型残疾人假手的控制。     

融合旋转平移信息的机器人手眼标定方法

针对传统手眼标定方法在四自由度机器人和六自由度机器人旋转运动约束信息不满秩时无法求解的弊端,不同于传统手眼标定方法,除了包含旋转运动约束信息,同时增加了平移运动约束信息,提出了一种融合2种运动信息的约束矩阵构造方法,详细分析了约束矩阵的秩情况,并根据不同情况构造约束矩阵保证其满秩,便于计算旋转矩阵和平移向量。在实验中,分别进行了不同运动构型的六自由度机器人(Yskawa-Motoman-MH80)手眼标定实验,用相机获取不同位置的靶标图像,实验结果表明该方法即使在旋转信息不充足的情况下依然有效。另外,四自由度桌面式机器人(Yamaha Y500)手眼标定实验结果也成功地标定出了手眼关系。     

塔式起重机动态分析的计算模型

分别按集中参数法及有限元法建立了塔式起重机结构系统的动力学模型．按集中参数法建立的少自由度模型包括四自由系统、三自由度系统、二自由度系统及单自由度系统，时二自由度系统及单自由度系统的结构固有频率给出了简化计算公式。通过实例验算证明，少自由度系统或简化计算公式的计算精度可以满足工程设计的要求。     

仿生假手的温度感知技术研究

为了使仿生假手能最大程度地模仿人手的感知功能,首先根据人类的实际需求进行温度感知方案的论证,然后针对假手的温度传感器进行选型并进行测温原理分析; 根据选定的方案,进行温度感知各个模块的设计; 最后搭建整个测温系统并利用Proteus进行仿真分析,最后针对该系统进行了实验验证,实验结果表明,具有该温度感知系统的假手能够实现待抓取物温度感知功能,且不影响假手的正常抓握。     

Static and dynamic buckling analyses of spherical sandwich caps

For some ranges of sandwich shell parameter the axisymmetric and asymmetric buckling curves for spherical sandwich caps under a uniform hydrostatic pressure are similar to those for the corresponding homogeneous caps. In the first part of this investigation two methods are presented to obtain the buckling curves for the sandwich caps directly from the buckling curves for the homogeneous caps without going through any buckling analysis.In the second part of the investigation the axisymmetric dynamic snap-through buckling behavior of the sandwich cap under a uniform step pressure is studied. The numerical results show that the dynamic buckling curve for the sandwich cap is similar to that for the homogeneous cap. Moreover, the methods of estimating buckling loads presented for the static buckling analysis are also applicable to the dynamic buckling analysis.     

仿橡胶多自由度弹性阻尼减振装置研究

橡胶具有多自由度弹性阻尼减振特性,但容易老化而失去弹性,首次提出采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统,组合成多自由度弹性阻尼减振装置,模拟橡胶,较好地解决了多自由度的减振问题。以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置,介绍其结构及有关参数的设计方法。它与动态模拟及试验结果一致,说明其分析方法是正确的。可推广到其他要求多维减振的设备上,因此对它研究具有理论意义及普遍意义。     

基于欠驱动机构的仿人机器人手爪设分

通过研究人手的生理结构特点,模仿人手结构,设计出仿人机器人手爪。整个手爪设计有拇指、食指、中指和小指,每个手指有三个关节。采用欠驱动连杆机构设计出结构紧凑的三关节手指机构以实现包络抓取和精确捏取。设计出高度集成的大功率小体积的驱动和传动机构并通过一个电机调整拇指机构的位置,以形成多种抓取模式。最后介绍了该手爪的控制以及抓取实验。     

Function-oriented optimization design method for underactuated tendon-driven humanoid prosthetic hand

The loss of hand functions in upper limb amputees severely restricts their mobility in daily life. Wearing a humanoid prosthetic hand would be an effective way of restoring lost hand functions. In a prosthetic hand design, replicating the natural and dexterous grasping functions with a few actuators remains a big challenge. In this study, a function-oriented optimization design (FOD) method is proposed for the design of a tendon-driven humanoid prosthetic hand. An optimization function of different functional conditions of full-phalanx contact, total contact force, and force isotropy was constructed based on the kinetostatic model of a prosthetic finger for the evaluation of grasping performance. Using a genetic algorithm, the optimal geometric parameters of the prosthetic finger could be determined for specific functional requirements. Optimal results reveal that the structure of the prosthetic finger is significantly different when designed for different functional requirements and grasping target sizes. A prosthetic finger was fabricated and tested with grasping experiments. The mean absolute percentage error between the theoretical value and the experimental result is less than 10%, demonstrating that the kinetostatic model of the prosthetic finger is effective and makes the FOD method possible. This study suggests that the FOD method enables the systematic evaluation of grasping performance for prosthetic hands in the design stage, which could improve the design efficiency and help prosthetic hands meet the design requirements.     

具有形状自适应的欠驱动拟人机器人手指

为了实现使用较少驱动器获得较多的自由度,从而在不增加控制难度的前提下,更好地抓取物体以及增加手的拟人化,需要研究欠驱动机械手指装置。提出了一种新的设计思想,以此为指导设计了一种机械手指装置,并对其主要设计参数进行了详细分析。试验证明,该装置可以作为机器人拟人手的一个手指或手指的一部分,用以实现机器人拟人手较少驱动器驱动较多的手指关节自由度,并具有抓取不同形状、尺寸的物体的自适应性,降低了装置对控制系统的要求。该装置外形与人手的手指相似,结构简单、可靠、易加工、体积小和重量轻。