五连杆外骨骼助力系统行走步态模型能量补偿

人体行走过程包括支撑和摆动两相,脚后跟触地改变系统几何拓扑,使得步态变化不可导。外骨骼助力系统正常工作时运动状态与人体步态一致。文中运用位移激励法建立了一个支撑相过程中由驱动方程和约束方程组成的外骨骼行走步态模型拉格朗日方程组,通过三维捕捉系统确定人体不同负载下行走步态,通过方程组逆求解求得广义驱动力。脚跟触地导致系统能量损失,运用运动数据相空间分解方法分离出损失部分动能。理论计算出单腿支撑行走过程系统功率补偿密度和脚后跟触地瞬间动能损失,绘出各关节驱动功率时程变化曲线并对关节驱动器设计做了探讨。     

内窥镜夹持机器人驱动电机参数的确定

介绍了内窥镜夹持机器人的结构与运动特征,因其要具备良好的运动特性而需配备高质量驱动电机。对内窥镜夹持机器人进行建模,分析了其驱动转矩、功耗、动能和转动惯量,并对驱动电机的参数——额定转矩和转动惯量进行确定。     

面向人体运动需求的人机闭链下肢康复外骨骼设计

患者进行康复训练时,外骨骼需满足人体康复训练需求,并保证人体各关节具有确切的运动.针对传统外骨骼髋关节自由度低及人机协调运动时产生运动偏差问题,提出一种含髋关节6连杆机构的下肢外骨骼,并对其人机接口进行优化设计,建立了人机闭链外骨骼优化模型.通过建立外骨骼单侧腿运动学模型,求解其运动学正解、反解、运动空间并检验外骨骼人机相容性,运用ADAMS软件对人体-外骨骼传统模型和优化模型进行了运动学仿真与分析.结果 表明:外骨骼末端运动空间包含人体末端运动轨迹;人体各关节运动曲线与理论期望曲线运动趋势基本相同,优化后的外骨骼明显减小人机运动偏差.研究表明,优化外骨骼有助于更精准控制下肢各关节运动,补偿人体各关节的运动偏差,证明人机闭链外骨骼设计的合理性.     

可穿戴式下肢助力机器人运动学分析与仿真

可穿戴下肢助力机器人是将人和机器人机构结合在一起,通过获取人体下肢运动行为信息来控制机器人机构与人体协调、同步行走,并实时为人体下肢提供助力的一种装置。可穿戴下肢助力机器人机械系统不仅符合以往的拟人机器人行走机构的设计要求,又要与人体下肢系统相匹配,为人体提供助力时,与人体下肢相协调、互不产生运动干涉。基于人体下肢各关节运动参数,对助力机器人机械系统进行了运动学分析并建立了模型,通过对人体下肢运动仿真,验证了所建立的运动学模型的可行性。     

仿生自驱动行走助力设备设计

为解决人们在负重、长途行走过程中的体力和速度等方面的难题,通过模仿鸵鸟的跟腱部位,沿用助力设备普遍采用的外骨骼形式,设计了一个轻巧简便的机械模型,利用人体行走过程中重力做功而产生的能量,将其储存起来,并将其转化为辅助人体行走或奔跑的动能。通过对模型的机构运动简图的运动分析,阐述其能量存储和释放的过程,从理论上验证其可行性,根据机构模型设计了设备的三维模型,并具体设计各零部件。该模型不需要外界动力源、结构简单紧凑,而且能量的储存和释放程度可调节,为人们负重、长途行走等提供了助力方式,解决了助力设备活动范围有限的问题。     

CCD传感器在人体运动图像检测系统中的应用

介绍了一种基于CCD传感器的人体运动图像检测新方法,它采用图像动态采集及标志点自动识别跟踪技术,实现了运动图像的在线采集与分析;利用该方法构建了二维和三维人体运动图像检测分析系统,并将其用于人体步态和人手运动分析。     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

下肢外骨骼运动预测方法研究

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法.搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案.为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟.最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性.     

基于KINECT和全局视觉的机器人避碰研究

为了提高工业机器人作业过程中的安全性,在六自由度工业机器人平台上,提出了一种全局视频和Kinect相结合的人体运动检测与预测方法,并进一步实时控制工业机器人的避碰运动,从而确保人在机器人工作空间的安全性。首先利用Kinect人体骨架检测技术精确检测出人体位置信息,利用帧连续卡尔曼滤波器预测肢体运动;然后通过全局视觉检测出机器人运动空间内包括人在内的障碍物,依据检测结果判别危险性,并针对非人体障碍物和不同人体部位及运动趋势,采取相应的运动控制措施。实验结果证明,该方法能够实时、有效地提高机器人工作的安全性。     

多功能锻炼按摩椅的研制

运用机械原理和机械设计的知识,研制了一款集锻炼、按摩为一体的多功能锻炼按摩椅,它由带传动、齿轮传动实现运动传递,将人体的动能转化为按摩板的机械能。踩踏的过程传动平稳,可以充分锻炼腿部肌肉,按摩脚踏板代替了普通的踏板,在实现腿部锻炼的同时,也能进行舒适的足底按摩。座椅后部的按摩区,由三排按摩轮对称均匀分布,间断性按摩人体脊椎两侧以及肩部,有利于舒缓筋骨,活血通瘀。产品下方安装4个轮子,方便移动。     

基于ADAMS小型行星式研磨机介质动力学仿真研究

对立式小型行星式研磨机进行运动学和动力学分析,建立研磨体动能的表征模型。以ADAMS为分析平台,对介质运动进行仿真研究。主要分析介质运动速度和加速度、介质碰撞力等运动特性,并探讨电机转速和介质直径对其运动特性的影响。     

基于运动捕捉仪的人体上肢运动轨迹参数的测量与分析

针对人体上肢运动的轨迹参数和方程模型复杂、计算量庞大的问题,提出了一种新型的测量上肢运动轨迹方法。首先对人体上肢运动模型进行了重新分析与简化,根据人体上肢运动特点设计了一组实验,其中包含单关节运动实验、多关节协同运动实验及任务实验;通过NDI运动捕捉仪系统采集了实验者的上肢基本运动数据;将实验数据中的离散点用曲线拟合并展开后,得到了各组实验中各关节的周期性轨迹方程;运用ADAMS进行了建模及运动仿真,以验证拟合轨迹方程的正确性。研究结果表明,该方法能有效测量人体上肢运动参数,其结果可供上肢康复训练机器人的运动轨迹控制与上肢运动功能评价时参考。     

冗余度机器人动能最小与避障优化

提出冗余度机器人运动学逆解的梯度投影算法,针对冗余度机器人运动动能最小优化、避障优化,分别建立其梯度优化函数对其进行优化,并对平面三自由度机器人进行仿真,结果表明此方法的合理性和有效性,为冗余度机器人提供了一种有用的运动规划方法.     

直喷汽油机缸内瞬态流动特性的模拟研究

本文采用分离涡模拟方法(Detached Eddy Simulation, DES)研究内燃机瞬态缸内流动,并对模拟结果进行了实验验证,分析了缸内滚流运动、湍动能的时间演化及空间分布。研究表明,对于缸内滚流运动,在进气下止点附近,缸内才形成明显的大尺度滚流,在压缩上止点附近,由于活塞的挤压作用,滚流破碎成小尺度涡团。压缩后期由于滚流破碎能量加速向小尺度湍流传递,湍动能出现第二峰值。进气冲程在气门处由于自由剪切作用,导致缸内湍动能大幅升高。气门关闭后,湍流较强的区域位于缸壁和活塞顶面,由滚流与壁面的剪切作用产生。     

运动人体图像分割算法研究

许多监视系统要求能对运动人体的行为进行监视,如监狱、仓库、保密室、办公室、会场等场景,对运动人体的识别特点是区分运动人体与其他运动目标,而非判别人的个体间差别.以帧间差分法分割运动目标图像为基础,通过人的外形模式匹配、肤色匹配和姿态匹配的融合构造了一种识别运动目标中人体运动目标的算法(AMHBR),该算法的特点是简洁高效、适合嵌入式系统等资源受限的监视系统.通过试验证明,该算法能在不同的场景中分割出运动人体图像,具有很好的鲁棒性和准确度,达到了实用的程度.该算法对于监视系统中自动控制镜头对准运动人体具有实际意义.     

步速对人体下肢运动特性影响的实验研究

分析步速对人体下肢关节运动特性的影响,为外骨骼等仿生机械的步态控制提供参考。通过三维运动捕捉实验及人体下肢运动分析模型,获得了不同步速(3、4、5、6km/h),人体下肢关节的运动学信息;研究了在矢状面内的人体下肢关节运动角度、角速度在不同步速下的变化规律;同时利用数值拟合,构建了通用髋、膝关节的运动角速度关于步态周期及步速的参数化数学模型。实验表明下肢关节运动角度、角速度基本随步速的增加而变大,并利用实验数据验证了参数化模型的可行性。     

人体骨盆位姿模拟机构的运动学分析及仿真

根据人体骨盆的运动规律,设计了一种4自由度人体骨盆位姿模拟机构.建立了人体骨盆位姿模拟机构的正运动学模型和逆运动学模型,并推导出了机构的雅可比矩阵.基于机构的运动学模型建立了仿真模型,并采用MATLAB/Simulink对人体骨盆位姿模拟机构进行了仿真分析.仿真结果表明:该机构方案是可行的,能够模拟人体骨盆的运动规律.同时仿真结果也验证了运动学模型的正确性.     

一种具有施力功能的人体运动测量系统

基于丝线牵引和并联机构位姿求解,提出一种具有施力功能的人体运动参数测量系统。给出基于丝线牵引的人体运动测量系统的组成和基本原理,提出人体运动测量单元下平台三点布局的四种方案和上平台六点布局原则,建立人体运动测量单元的位姿求解模型,通过人体上肢运动仿真验证本测量方案的有效性。该研究不仅为人体运动参数测量提供了新方法,也为下一步的人体康复训练研究提供了条件。