新型四臂扶持式康复机器人设计

针对现有康复机器人以健康者为分析模型,灵活度受到限制,脑卒中患者步态康复效果受限的问题,利用医工结合分析治疗师手臂生理结构,模仿治疗师康复手法,建立治疗师手臂模型,创新设计四臂机器人,测量人体髋部运动空间范围,利用运动学仿真得到机器人运动空间范围.结果表明:设计的四臂康复机器人运动空间远远大于人体髋部运动空间,验证了机构的合理性,实现了治疗师手法步态训练模拟,为后续治疗师手法再现模拟提供了基础.     

一种新型截瘫助行机器人机构设计与运动学分析

为实现截瘫患者独立行走,提出了一种仅实现髋关节和踝关节运动的四自由度机器人机构。根据人机工程学原理,对机构进行尺度综合后,采用D-H坐标法建立该机构运动学模型,得到助行机器人末端执行器的位置方程、速度方程和加速度方程,并在给定角度参数的条件下,采用Matlab软件进行运动学仿真验证分析结果。结果表明,该机器人能够满足截瘫患者独立行走的要求,且具有结构简单、成本低的特点,运动学分析的结果也为实现机器人行走控制提供了依据。 更多还原     

六足步行机器人的步态规划及运动学分析

主要对六足步行机器人进行步态规划和运动学建模,规划了六足步行机器人的直行步态和足端轨迹.基于MATLAB软件建立机器人的逆运动学模型,生成机器人步行时各个驱动关节的变化曲线.通过在六足步行机器人的实验平台上模拟机器人的实际运动状态得到机器人步行时的轨迹曲线,分析了机器人的步行性能,验证了步态规划的可行性和运动学方程的正确性.     

双足舞蹈机器人步态规划

以双足舞蹈机器人为对象,建立系统的多自由度运动学模型,在此基础上开展舞蹈机器人正运动学和逆运动学分析,根据行走步长、步宽、步行周期等运动参数求解机器人各关节角度;引入三维倒立摆模型,结合零力矩点(Zero-Moment-Point,ZMP)稳定判据,对舞蹈机器人进行步态规划稳定性分析;最后,结合对舞蹈机器人的行走步态进行了仿真分析,得到了各个关节的角度值,可作为舞蹈机器人的输入控制参数.     

四足步行机器人逆运动学分析

对四足机器人进行了步态规划,并推导出其逆运动学方程,基于MATLAB建立其运动学模型,以末端轨迹作为输入曲线,得到各关节运动变化曲线.然后,将关节运动变化曲线作为机器人虚拟样机的驱动信号,可使机器人按照规划步态进行运动.研究结果验证了理论分析的正确性,为多足步行机器人运动控制分析提供了理论基础.     

ROBONOVA-1型机器人运动学分析

根据ROBONOVA-1型机器人的结构及步态的特点,将其简化为五连杆机构模型,建立了运动学方程.利用机器人逆运动学分析方法求出了各关节转角公式.采用加速度轨迹规划方法对机器人的步态进行了规划,并利用MATLAB软件对所规划的轨迹进行了仿真.仿真结果表明所建立的机器人逆运动学方程完全正确,为机器人的步态轨迹控制提供了依据和算法支持.     

床式步态康复训练系统机构设计

针对现有床式步态康复训练机器人使用不便、成本高昂的问题,提出模块化的床式步态康复训练系统. 包括倾角可调的床体模块、腿部运动辅助机构模块和足底支撑机构模块,模块化设计可以提高其使用方便性,降低制造和使用成本. 为了实现正常的行走步态,腿部运动辅助机构模块采用凸轮-连杆机构模拟大腿和小腿的运动. 建立腿部运动辅助机构的人机耦合模型,并对其进行运动学分析,得到机构与人体下肢的运动学关系,将其作为参数优化和结构设计的基础. 利用MATLAB,以机构对患者个体差异的适应性为目标,对模型中的各参数进行优化,得到一组机构参数的最优解. 实验结果表明,不同身高的实验者髋关节测量角度与标准角度的最大误差不超过5.2°,膝关节最大误差不超过6.7°,验证了机构对实验者个体差异的适应性和使用此系统进行康复训练的可行性.     

四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象,分析机器狗步行机构组成,建立关节结构模型,根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划,利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。     

三肢体机器人运动分析及规划

针对一种腿臂机构功能融合设计的三肢体机器人,将其肢体操作模式作为移动模式下的特殊状态进行分析,将机器人整体的运动学分析分解为各肢体分别作为站立腿和摆动腿的运动学组合问题,实现了机器人2种工作模式运动学模型的统一,并分别进行了规划. 通过机器人步态运动仿真验证了理论分析的正确性,为机器人控制器的设计提供了理论基础.     

4自由度上肢康复机器人结构设计与仿真分析

设计了一种4自由度外骨骼康复训练机器人,改善了当前康复机器人运动关节单一、康复训练空间有限的缺陷。参照人体上肢尺寸标准,应用SolidWorks绘制了机器人三维模型,根据DH法对机器人建立正向运动学模型,通过Matlab验证了模型的正确性。通过Adams对模型进行运动学仿真,验证了结构在不发生干涉的条件下能够实现多关节复合康复训练运动。同时对机器人工作空间进行仿真分析,验证了机器人工作空间与人体上肢的日常活动空间是相匹配的,能够满足患者上肢康复训练的要求,应用Matlab对抬臂屈肘康复运动进行轨迹规划,验证了整个康复运动平稳合理。     

Novel algorithm of gait planning of hydraulic quadruped robot to avoid foot sliding and reduce impingement

In order to solve kinematic redundancy problems of a hydraulic quadruped walking robot, which include leg dragging, sliding, impingement against the ground, an improved gait planning algorithm for this robot is proposed in this paper. First, the foot trajectory is designated as the improved composite cycloid foot trajectory. Second, the landing angle of each leg of the robot is controlled to satisfy friction cone to improve the stability performance of the robot. Then with the controllable landing angle of quadruped robot and a geometry method, the kinematic equation is derived in this paper. Finally, a gait planning method of quadruped robot is proposed, a dynamic co-simulation is done with ADAMS and MATLAB, and practical experiments are conducted. The validity of the proposed algorithm is confirmed through the co-simulation and experimentation. The results show that the robot can avoid sliding, reduce impingement, and trot stably in trot gait.     

双足足球机器人行走步态研究

为了研究双足足球机器人行走时步态的连续性和稳定性，首先提出了双足足球机器人的体系结构，然后给出了基本步态算法，增加了行进中步态校正策略，包括动态和静态步伐的校正．解决了动、静态行走时步态的准确性和鲁棒性．试验数据验证了步态方程和步态校正策略能够适应FIRA比赛要求．     

六足步行机器人定半径转弯步态

将三角步态应用于六足步行机器人定半径转弯步态中,提出基于三角步态的定半径转弯步态规划方法,简化了六足步行机器人转弯步态.将利用重心直线段轨迹跟踪定半径圆轨迹的方法运用到六足步行机器人的定半径转弯步态中,提出基于稳定性约束和腿运动约束条件下的六足步行机器人最大转弯角度的求解方法.在六足步行机器人定半径转弯步态中,对于2组腿分别作为支撑腿转弯时,采用不同的转弯角度从而有效地利用机器人转弯过程中每步的转弯能力.利用MATLAB和ADAMS软件对基于三角步态的六足步行机器人定半径转弯步态进行仿真,仿真结果验证了提出的转弯步态规划方法的正确性.     

基于混合进化算法的仿人机器人步态规划

针对仿人机器人的结构特点,设计一种仿人机器人上楼梯的在线步态规划系统.使用7连杆模型对仿人机器人的上楼梯运动过程进行建模,根据神经网络在拟合非线性系统上的优越性,使用2个BP神经网络对仿人机器人上楼梯过程中的双腿支撑周期和单腿支撑周期分别进行离线训练.为了加速训练时间和避免陷入局部最小值,采用基于混合粒子群的神经网络控制方式对网络的权值进行优化.在加速训练过程的同时,生成稳定性最优的步态,通过嵌入式单目视觉采集现场环境信息作为神经网络的输入,实时控制输出步态所需的关节轨迹进行运动.实验结果表明通过Matlab仿真和实物机器人上所提方法有效.     

Coordinated control strategy for robotic-assisted gait training with partial body weight support

Walking is the most basic and essential part of the activities of daily living. To enable the elderly and non-ambulatory gait-impaired patients, the repetitive practice of this task, a novel gait training robot(GTR) was designed followed the end-effector principle, and an active partial body weight support(PBWS) system was introduced to facilitate successful gait training. For successful establishment of a walking gait on the GTR with PBWS, the motion laws of the GTR were planned to enable the phase distribution relationships of the cycle step, and the center of gravity(COG) trajectory of the human body during gait training on the GTR was measured. A coordinated control strategy was proposed based on the impedance control principle. A robotic prototype was developed as a platform for evaluating the design concepts and control strategies. Preliminary gait training with a healthy subject was implemented by the robotic-assisted gait training system and the experimental results are encouraging.     

Continuous and smooth gait transition in a quadruped robot based on CPG

To improve the smoothness of motion control in a quadruped robot, a continuous and smooth gait transition method based on central pattern generator (CPG) was presented to solve the unsmooth or failed problem which may result in phase-locked or sharp point with direct replacement of the gait matrix. Through improving conventional weight matrix, a CPG network and a MATLAB/Simulink model were constructed based on the Hopf oscillator for gait generation and transition in the quadruped robot. A co-simulation was performed using ADAMS/MATLAB for the gait transition between walk and trot to verify the correctness and effectiveness of the proposed CPG gait generation and transition algorithms. Related methods and conclusions can technically support the motion control technology of the quadruped robot.     

基于Wilson-Cowan神经振荡器的四足机器人步态规划研究

中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)是一种重要的机器人节律运动控制方法。在Wilson-Cowan神经振荡器基础上,提出了一种新的CPG控制器,用于四足机器人的节律运动控制,每个Wilson-Cowan神经振荡器分别对应机器人的一个步行腿,对机器人的腿进行协调运动控制。通过调整振荡器之间的步态连接权矩阵,可以实现机器人不同的节律运动和各种运动模式间的转换。计算机仿真表明:本文提出的CPG控制方法能够稳定的生成不同步态的机器人运动轨迹,输出结果能够较好地符合各种步态的相位要求。     

基于能量和角度不变相结合的双足机器人控制

为了提高欠驱动双足行走机器人被动行走步态的稳定性,扩大极限环收敛域及增强对干扰的抑制力,提出了一种角度不变和能量控制相结合的方法.通过角度不变控制使机器在不同倾斜角度的地面产生稳定步态;通过能量控制方法扩大机器人行走步态极限环的收敛域,并采用一个可调整的非线性函数在线调整能量控制器的增益.通过仿真曲线分析总结了当斜坡角度变化时极限环、步态曲线和能量曲线的变化规律.仿真结果表明,该方法既能扩大极限环的收敛域,又能增加系统对地面斜坡变化的鲁棒性.     

双足机器人动态上下楼梯的规划与控制

针对双足机器人上、下楼梯时的稳定行走问题,结合机器人动态上、下楼梯的约束条件,规划双足机器人动态上、下楼梯的步态,并提出了相应的稳定性控制策略。其中,机器人侧向平面采用保持机器人质心动态平衡的规划方法,通过调整躯干侧向最大偏移量,实现机器人侧向平面的稳定;机器人前进方向和重力方向采用三次多项式拟合的步态规划方法,通过传感器反馈的躯干姿态角及相应的角速度信息,结合楼梯台阶信息,调整机器人前进方向和重力方向质心的位置,保证机器人运动的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.