基于规则进化模糊系统的步行方向意图识别

为了准确识别下肢功能障碍患者自主步行康复训练过程中的方向意图,提出了一种能够兼顾使用者个体差异及安全状态的新型步行方向意图识别方法。首先论述了康复训练机器人结构及患者前臂对机器人支撑板的压力和步行方向意图的关系。为保证患者安全地向任意方向行走,提出根据膝盖旋转角度推理安全步态的先决条件下,基于距离型模糊推理算法设计具有稀疏前件规则库的步行方向意图识别方法;然后为减小因个体差异、非稳定模糊规则引起的识别误差,提出规则进化算法实时优化模糊推理规则库。最后将该算法进行了多方向模糊推理实验与步行康复训练机器人压力控制实验,实验表明该算法可以准确识别下肢功能患者的任意步行方向意图并提高了步行的安全性,提出的步行方向意图识别方法可以应用在下肢功能障碍人士的日常起居与康复训练中。     

基于振荡器的助行外骨骼跟随助力控制研究

针对外骨骼机器人在辅助人体步行过程中存在的人机交互不协调问题,对人体运动意图识别方法以及外骨骼关节助力矩柔顺性控制进行了研究。通过分析人体正常步行过程中步态特征,提出了基于振荡器相角的运动意图识别方法;分别利用仿真计算和实验平台试验,对基于振荡器相角的外骨骼步行跟随助力控制原理及性能进行了验证,同时在实验平台验证了解决初始零位自动补偿和静止状态防抖的相应算法;进行了5名实验对象参与的助行外骨骼样机10 m步行试验。研究结果表明:穿戴助行外骨骼步行相比自由步行,平均步行速度提高了20.16%,且实验对象反馈外骨骼助力无突然的跳变或抖动;基于相角振荡器的助行外骨骼跟随助力控制,不但能准确适应人体行走步幅步速,而且能有效提供柔顺的髋关节助力矩,实现顺畅的自然步行。     

基于节点迭代模糊Petri网的非接触异常步态识别方法

为了准确识别下肢功能障碍患者辅助行走中的跌倒、拖拽式异常步态,从多种用户群体的普适性与便捷性出发,提出了一种基于节点迭代型模糊Petri网的非接触式异常步态识别方法。首先,论述了康复训练机器人结构及辅助行走过程中跌倒与拖拽式异常步态的行为特征;然后研发了一种多通道近距离传感器阵列实时检测步态信息,并融合了步行方向意图向量提出采用步态偏离度、频率和躯干倾斜角度作为检测系统输入参数;基于模糊隶属度函数生成网络点燃机制,并建立节点迭代型模糊Petri网系统识别异常步态;最后进行了异常步态算子推理与多模态行走跌倒检测实验,表明该算法对使用步行康复机器人过程中异常步态识别率达到91. 2%并提高了辅助行走的安全性与舒适性。所提方法可以应用于下肢行动不便人群使用类似助行器的日常起居与康复训练场景。     

步行康复机器人轨迹控制方法研究

为了满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了以外骨骼助行腿为核心的步行康复机器人,其重要的要求是保证机器人的运动轨迹符合患者康复训练要求。为使机器人能模拟步态为患者提供康复训练,在合理的步态规划后对轨迹的控制方法进行了研究,在控制系统软、硬件平台上完成了步行康复机器人助行腿的两种轨迹控制方式(位置控制和速度控制)。通过实验验证了控制方式的可行性,满足了患者步态训练需要。同时实验结果表明,速度控制方式比位置控制方式更加适合步行康复机器人。     

下肢步行助力外骨骼机器人的模糊自适应PID控制

针对人体生物学特点及户外步行助行要求,设计了一款下肢步行助力外骨骼机器人。为实现外骨骼机器人对人体下肢助力柔顺性目标,研究并提出了模糊自适应PID控制方法。在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,比较外骨骼关节力矩控制分别采用传统PID及模糊自适应PID控制算法的跟随效果。由仿真和试验结果可知,模糊自适应PID算法相较于经典PID算法具有响应速度快、超调量小等优点。模糊自适应PID算法对关节力矩跟踪效果有明显改善。在步态周期30%～40%时,误差最大;在步态周期15%～20%时,误差最小,为0.5 N·m。模糊自适应PID算法力矩跟踪曲线更加平滑,与参考输入幅值更为接近,支撑相最大误差为7%,且可以有效抑制外骨骼助力行走过程中带来的关节抖动。力矩跟踪能够达到理想的跟随效果,能够使得不同穿戴者的髋关节助力更加柔顺。     

基于步态的下肢康复用外骨骼机器人运动分析

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿真软件Adams对外骨骼机器人的受力和步态进行仿真分析,验证步态的合理性,同时对以后行走的合理性提供依据以及为进一步设计出一种新型穿戴式下肢助行外骨骼机器人样机提供参考。     

步行康复训练机器人协调控制的研究

为了实现步行康复训练机器人的协调控制,对外骨骼助行腿与跑步机的协调控制以及减重支撑系统与外骨骼助行腿的协调控制,提出了协调控制方法。最后用假人代替真实患者通过实验验证了外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统之间的协调控制效果。实验结果表明,步行康复训练机器人能够很好的对假人进行减重步行康复训练,外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统很好地实现了协调控制,同时为进一步对真实患者进行实验研究奠定了很好的基础。     

多维数据关联的机器人运动步态识别方法

针对机器人运动步态识别方法存在有效识别率较低等问题,提出一种基于多维数据关联的机器人运动步态识别方法.首先通过背景减除法进行图像提取,采用形态学方法去除图像中的噪声及空洞;然后使用多维数据关联提取机器人运动步态轮廓形状静态特征,将计算动作能量图(AEI)以及步态能量图(GEI)进行对比分析,获取GEI更多的动态能量信息;最后通过FEI进行Fan—Beam变换,采用核主成分分析进行空间降维,获取运动目标的频率动态特征,将两个特征进行融合实现机器人运动步态识别.实验结果表明,研究方法能够快速、准确实现机器人运动步态识别,实际应用效果好.     

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。     

一种个体自适应康复训练机器人机构的研究

针对现有下肢康复训练机器人人机连接柔顺性和关节对中性差的问题,提出了一种个体自适应的欠驱动康复训练机器人。欠驱动机器人系统只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过连杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,可带动人体进行步态康复训练。建立了机构的人机耦合模型,进行了正、逆运动学分析。然后,基于人机耦合模型,提出了一种人体参数与连接参数的在线辨识方法,可获得难以实际测量的人体肢体长度与人机连接参数等信息,并实现了个体自适应步态轨迹规划。最后,利用MATLAB和ADAMS软件进行了仿真验证,验证了参数辨识方法的正确性,以及提出的康复训练机器人具有个体适应性。     

仿生6足爬行机器人的研究

基于仿生学原理,设计了仿生6足爬行机器人系统,该系统采用PLC和单片机联合控制及关节型18个自由度的伺服机构,实现了闭环控制的反馈检测.无论地面状况如何,该系统都能够选择合适的步态,合理规划行走轨迹,实现避障越障功能,具有较高的灵活性、可靠性和较好的适用性.     

教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法

通过对双足机器人行走步态的研究,利用多项式插值法对双足机器人直线行走步态进行规划,分析了踝关节轨迹和髋关节轨迹,通过调节单腿支撑期和双腿支撑期的比例系数来调整机器人的行走步态,使其实现稳定步行。再通过ADAMS建立虚拟样机仿真实验,验证了这种步态规划方法的正确性与可行性。     

基于足关节轨迹的步行机器人行走机构型式综合

给出了两种足关节运动轨迹。探讨了步行机器人行走机构应具有的特性。提出了三种可以作为行走机构的平面闭链机构,通过建立机构的数学模型,完成了机构的运动分析井给出了分析结果,利用计算机仿真技术模拟机构运动。结果表明这三种行走机构具有良好的运动和动力特性。     

新型六足爬行机器人设计

采用了仿哺乳类的腿部结构,并针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能.仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值.     

一种步行机器人结构分析

在介绍混合输入五杆机构输出轨迹可调的基础上，将混合输入五杆机构用作步行机器人腿部机构来提高其步行能力与柔性；同时将机器人控制系统、元器件、传感器密封在机体中，通过动密封轴传动驱动腿部机构实现步行，从而增强步行机器人的环境适应性。     

四足步行机器人稳定性分析

基于四足步行机器人模型对机器人的瞬时质心坐标进行了计算,得出了瞬时质心的运动规律,分析了各质量模块对机器人质心坐标的影响,对比了瞬时质心位移与几何中心位移的相对关系。给出了四足步行机器人静步态稳定性判定的公式,计算了基于瞬时质心的稳定裕度,并对稳定裕度进行了对比分析。     

Two-stage optimization for energy-efficient bipedal walking

Journal of Mechanical Science and Technology - This paper proposes a two-stage optimization strategy for energy-efficient gait generation. At the first stage, by tracking the reference zero moment...     

Effects of walking speed and age on the directional stride regularity and gait variability in treadmill walking

Journal of Mechanical Science and Technology - In Inertial measurement unit (IMU) based gait analysis systems, the shoe-type sensor is not commonly used, unlike trunk attached sensors. The purpose...     

步行式挖掘机越障能力分析

针对步行式挖掘机在越障过程中的稳定性和作业装置可提供支承性问题,建立了作业装置的多自由度运动方程和整机越障时的稳定性分析力学模型,提出了一种关于步行式挖掘机越障能力分析的优化模型,利用逐步二次规划法对挖掘机的越障高度和作业装置的支承点位置参数进行了优化,计算结果表明,该优化方法具有较强的实用性和可靠性,可为确定步行式挖掘机的越障性能参数提供理论依据.     

Dynamic stair walking of biped humanoid robots

Biped humanoid robots are expected to move around human-centered setting that includes stairs as a major terrain. Reportedly, however, only few of them can walk up and down stairways as of now. Making it worse, even the successful ones carry out such motions either barely in terms of speed or fast enough but in an undisclosed technical manner. In this context, a dynamic gait pattern is proposed anew suitable for stair walks along with a transient pattern and verified by means of a multi-body dynamics analysis software.