液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

CPG机理的双足机器人运动轨迹生成与分析

目的在对中枢模式发生器(CPG)机理分析的基础上,生成关节运动轨迹,实现对双足机器人运动步态的控制。方法根据位姿矩阵实现对踝关节末端轨迹跟踪,整定CPG模型相位参数,利用节律信号输出叠加生成运动轨迹。通过联合仿真实验,对所规划的步态进行合理性、自稳定性和自适应性分析。结果生成的运动轨迹能够实现对双足机器人的行走步态控制。结论基于CPG生成的步态能够提高机器人的运动性能,具有更强的对复杂环境的适应性。生成的运动轨迹能够为双足机器人步态规划提供借鉴意义。     

下肢康复机器人的结构设计与动力学分析

针对下肢运动损伤患者的康复需求,提出一种新型下肢外骨骼康复训练器,根据康复评定学中RLA分期法对人体正常步态的描述和人机工程学理论中的人体下肢尺寸及关节特点,对被动康复训练器的机构进行设计;使用SolidWorks建立三维样机模型,制造实物样机;并且建立运动学及动力学模型;通过Matlab仿真分析特出关节运动变化曲线,验证数学模型的正确性;并且通过ADAMS软件进行动力学仿真,验证模型的正常行走步态,并且得出关节角速度,关节角动量,关节力矩等变化曲线。然后分别选取RLA八分法中8个关键时期点的数据,将理论计算和模拟仿真的结果进行比较,分析误差原因。验证了运动模型的正确性,为驱动控制提供参考依据。     

基于RBF神经网络的闭链下肢康复机器人自适应补偿控制

在下肢康复机器人的康复训练过程中,模型参数、环境干扰等不确定性因素会影响机器人轨迹跟踪的精度。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络的自适应补偿控制,该控制方法能够提高机械系统轨迹跟踪的精确性。首先,设计一款具有4种工作模式、运动稳定的闭链卧式下肢康复机器人结构;然后,利用拉格朗日方法求解动力学名义模型,将康复装置的模型参数以及外界干扰等不确定性因素分离出来,并设计基于RBF神经网络的自适应补偿算法对其进行逼近控制;最后,通过Matlab/Simulink环境对其进行仿真验证,证明了该控制策略的有效性。结果显示,在人体步态曲线轨迹跟踪中,提出的基于RBF神经网络的自适应补偿算法相比传统的模糊比例-积分-微分（Proportional Integral Derivative,PID）控制的方法响应速度快、跟踪效果好,且髋关节和膝关节轨迹跟踪的角度误差峰值分别为0.08°和0.13°,远小于患者下肢在康复运动中的转动角度。设计了单腿样机试验,试验结果表明,采用的RBF补偿自适应控制器能够实现高精度的跟踪结果,也能够满足患者在康复...     

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。     

脚踏式下肢康复训练机器人结构设计及运动学仿真

借助于Pro/E软件建立下肢康复训练机器人的三维模型并设计了可以改变步长运动和进行位姿调整的步态运动机构。通过实验,对下肢康复训练机器人的工作步速范围、负载能力以及下肢关节运动角度进行分析,验证脚踏式下肢康复训练机器人设计的合理性。对设计结构进行了运动学仿真,仿真结果表明该机构能够较好地模拟人的实际步态运动,符合下肢康复系统的整体要求。     

一种下肢外骨骼助行康复机器人及康复评价方法

针对下肢瘫痪患者的康复训练需求,设计了一种下肢外骨骼助行康复机器人。描述了外骨骼机器人的机械结构。设计了基于关节角位移的闭环控制系统,将VICON运动捕捉系统采集的正常人体下肢运动关节角作为参考输入信息,控制受试者穿戴外骨骼进行行走、上下台阶动作。完成系统调试后,采用VICON运动捕捉系统捕捉受试者在该控制系统下的步态,并与正常人体步态作对比,验证了控制算法的正确性。定义了下肢康复评价标准RMP,使用设计的外骨骼康复机器人进行患者跟踪康复训练实验,验证了助行康复机器人的有效性。     

人体下肢康复外骨骼机器人仿真分析与实验

为了加快人体下肢损伤的康复速度,防止下肢瘫痪者肌肉萎缩,设计了一个高效实用的下肢康复外骨骼机器人。通过研究人体运动机理以及收集人体各关节运动数据,以舒适、高效及适宜不同体型人群为目标建立外骨骼的3D模型,并推导出下肢外骨骼的D-H数学模型公式,建立髋关节,膝关节,踝关节的位姿坐标方程。以ADAMS软件为基础进一步对外骨骼机器人进行关节受力和步态合理性仿真,为实物的搭建提供可行性依据。最后搭建样机实验平台验证外骨骼设计的合理性。     

四足机器人侧摆型trot步态的运动学分析及仿真研究

针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首先对侧摆型trot步态进行步态规划,分析侧摆型trot步态的稳定性;然后根据D-H参数法建立四足机器人单腿运动学模型并进行运动学分析求解;最后在MATLAB/Simulink软件中建立四足机器人动态仿真模型,以复合摆线运动轨迹为例,对侧摆型trot步态进行运动特性仿真分析。结果表明,基于复合摆线的侧摆型trot步态运动轨迹曲线连续平滑,四足机器人运动平稳。通过侧摆型trot步态仿真分析,验证了所研究侧摆型trot步态的稳定性和合理性,可以为搭建实验样机控制系统提供理论依据。     

液压驱动下肢外骨骼系统设计与控制研究

研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

下肢康复机器人肌电感知与人机交互控制方法

下肢康复机器人以其诸多的优势而逐步取代传统的康复治疗手段。在论述下肢康复机器人及其人机交互控制方法研究现状的基础上,针对下肢康复机器人对患者运动意图与运动能力感知的双重需求,提出了一种基于表面肌电信号的受试者运动状态的精密感知方法,包括表面肌电快速识别人体步态事件、表面肌电连续解码人体下肢关节运动角度,以及表面肌电定量预测人体下肢主动关节力矩。为了实现患者自主引导和下肢康复机器人按需辅助训练,深入讨论分析了下肢康复机器人的系统设计和基于表面肌电精细感知的人机交互控制方法。最后,展望了下肢康复机器人的未来研究方向与内容。     

下肢外骨骼机器人踝关节建模及动力学仿真

下肢外骨骼机器人是一种具有辅助助力和医疗康复功能的智能型机械装置。本文通过对人体踝关节结构分析,设计了被动气弹簧踝关节下肢外骨骼机器人,并建立了被动踝关节力学模型;利用OpenSim获得了正常人行走时一个步态周期髋、膝关节步态数据,将其导入ADAMS对所设计的下肢外骨骼机器人踝关节未加气弹簧和加气弹簧两种模型进行了动力学仿真,通过对两种模型运动曲线对比分析,验证了所设计的下肢外骨骼机器人在步态行走和动力学方面的可行性和正确性。     

下肢外骨骼康复机器人动力学仿真与分析

下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率,减轻康复医师的工作量。设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系,采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模,将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真,得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况,对仿真数据进行分析,验证了数据的正确性,为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。     

基于ADAMS的双足机器人运动学建模及仿真

由于对环境良好的适应性,双足机器人在各领域具有广泛的应用前景,步态规划是其研究重点之一.基于虚拟样机技术,根据双足机器人的行走步态,用D-H齐次坐标变换法建立双足机器人的运动学模型.设定髋部及踝部的运动轨迹,建立逆运动学方程,在MATLAB中求出前向和侧向各关节的运动参数.将求得的参数导入ADAMS中,作为虚拟样机模型的驱动,实现了机器人的静态稳定行走.仿真结果与规划的步态基本一致,验证了运动学模型的正确性,为双足机器人的结构设计和步态规划提供了理论依据.     

蜘蛛机器人的结构设计与运动步态仿真分析

依据多足昆虫的身体结构和运动特性,设计出蜘蛛机器人的本体结构。遵循结构仿生和功能仿生原则,基于虚拟样机技术,应用SolidWorks软件建立蜘蛛机器人的仿真模型,并结合ADAMS对蜘蛛机器人的直线行走步态和定点转弯步态进行联合仿真,得出其运动步态控制舵机的运动角度,进而验证结构设计的合理性和运动步态的稳定性。所做研究为蜘蛛机器人的实物制作提供了理论基础。     

下肢康复机器人结构设计与仿真分析

针对下肢轻度瘫痪的患者能够自行锻炼肌肉的问题,提出了一种可穿戴式下肢康复机器人设计方案,通过机构辅助运动以实现下肢髋、膝、踝关节的训练。参考了人体下肢的基本尺寸,采用了连杆机构来模拟人体下肢;建立了人机一体化模型,并结合ADAMS仿真分析软件进行运动学仿真,得到该机器人模型下肢各主要关节的运动轨迹,再对其运动轨迹进行了分析。研究结果表明:该下肢康复机器人结构设计具有较高的可行性,能达到锻炼下肢轻度瘫痪患者肌肉的目的。     

仿人机器人平地行走步态规划与仿真

为研究仿人机器人的平地行走运动,首先,根据人体结构特点和运动特征,并基于二维倒立摆原理,规划机器人平地行走过程中质心和摆动腿踝关节的运动轨迹;其次,通过建立机器人支撑腿和摆动腿的几何模型,对前向、侧向运动中两条腿所涉及的10个自由度的运动进行规划;进一步,根据逆运动学求解各关节角的运动轨迹,利用仿真软件ADAMS建立仿真模型,并进行平地行走虚拟仿真。仿真结果验证了文中所采用的步态规划方法的可行性,同时也验证了机器人结构设计和电机选型的合理性,为机器人样机的研制提供了理论依据。     

基于改进遗传算法的机器人运动轨迹跟踪控制

通过对机器人的运动轨迹准确跟踪控制,能够有效提高机器人路径规划和自主定位的准确性。机器人在运动过程中运动轨迹受到小扰动分段线性误差的影响,机器人系统是一个多变量非线性系统,传统的遗传算法进行运动轨迹跟踪控制在边界层出现稳态跟踪误差。针对以上问题提出一种基于改进遗传算法的机器人运动轨迹跟踪控制算法。模拟构建所研究的机器人的运动环境模型,把机器人运动轨迹的空间坐标抽象为遗传种群的虚拟世界,得到机器人运动空间的网格结构模型。通过遗传进化的方式寻找目标点并进行移动,为了使得机器人的运动轨迹控制满足遗传算法的匹配条件和参数摄动带来的误差,在机器人运动轨迹滑膜面设计一个跟踪误差的积分项,实现算法改进。仿真结果表明:采用该算法进行机器人运动轨迹控制,能以较快的收敛速度找到最优路径,机器人跟踪控制性能精确度和收敛性较好,性能优越。