携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。     

外骨骼负重机器人液压缸的设计

首先介绍了外骨骼负重机器人的基本组成和工作原理.然后利用动力学仿真软件ADAMS建立外骨骼机器人的虚拟样机,并进行动力学仿真,获得了行走过程中膝关节的驱动力矩.最后根据仿真结果对外骨骼负重机器人驱动系统的驱动器液压缸进行设计.     

一种串联式三自由度髋关节机构的设计与分析

分析了人体髋关节运动规律和运动形式,提出了一种串联式三自由度外骨骼机器人髋关节机械结构。外骨骼机器人髋关节屈/伸主"迈腿"运动采用平面四杆机构来实现其大范围的运动,并利用矢量分析法分析了液压缸输出位移、速度、加速度与屈/伸运动的角度、加速度、角加速度的关系,应用Ds Solid Works软件自带的Solid Works Motion运动仿真插件对其进行仿真分析,得出其关系线图,为外骨骼机器人髋关节设机械结构计提供一定的设计依据。     

下肢外骨骼行走康复机器人研究与设计

外骨骼机器人是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置,提供保护、身体支撑和运动等功能。文中设计了一种外骨骼行走康复机器人,该外骨骼康复机器人单下肢具有3个自由度,利用较少却必须的自由度来实现行走,降低了机构的复杂程度,提高了装置的效率,借助此外骨骼辅助患者摆脱轮椅站立起来并行走,通过采集拐杖与地面的接触信息来控制膝关节和髋关节的屈伸运动,从而帮助患者实现跨步。     

一种结合FES的足下垂康复助力机构设计

针对足下垂患者的康复训练,提出了一种将功能性电刺激(FES)与踝关节助力机构结合的方法。通过分析正常人体步态曲线,对力传感器检测步态的方法进行了研究,并搭建了下肢步态检测系统; 对功能性电刺激技术进行了研究,设计了功能性电刺激单元,完成了该单元的硬件设计; 通过分析足下垂患者的步态特点,提出了踝关节助力机构所需要完成的功能性目标,并完成了助力机构的研制; 根据已经搭建的平台,对传统的PID控制方法进行了研究,设计了下肢步态检测模块、功能性电刺激单元和踝关节助力机构的控制系统,完成了控制系统搭建。     

可穿戴外骨骼机器人的发展现状与应用研究

论述了可穿戴外骨骼机器人的概念、原理、特点等,总结了国内外技术研究现状,重点介绍了国内外4款典型装备的特点。同时,对可穿戴外骨骼机器人领域涉及的关键技术,即新型传感元件、执行元件、控制技术、动力单元、新型材料、安全性和个体差异适应性等,进行了综合分析,为可穿戴外骨骼机器人的潜在应用提供了研究思路。     

“外骨骼”液压伺服系统物理模拟及仿真

根据外骨骼机器人的运动特点设计了液压驱动系统,利用功率键合图和传递函数建模法建立机器人处于支撑相前期运动的模型,用MATLAB软件对系统的压力和速度仿真,由仿真结果证明了所设计液压系统的合理性。     

下肢外骨骼机器人动力学参数辨识与步态跟踪

为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。     

一种被动式外骨骼机械足的结构设计及优化

被动式外骨骼可以减少行走能量消耗且不耗费电能,在军事、民用领域具有广阔的应用前景。针对现有被动式外骨骼节省的能量较少且无法适应不同行走配置等问题,提出了多级能量锁原理,并根据此原理设计了一款被动式外骨骼机械足。首先,基于多级能量锁原理,建立人体行走时支撑相储能阶段和释能阶段的人机耦合ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)动力学模型。然后,对被动式外骨骼机械足进行了优化:基于所建立的动力学模型分析了弹簧位置和弹簧释放角度这2个结构参数对机械足助力性能的影响规律,并结合足跟高度求得了这2个参数的最优解。最后,基于行走实验和有限元仿真分析,对被动式外骨骼机械足的强度、刚度、流畅性和舒适性等进行了优化,优化后机械足的质量约减轻500 g,安全系数达到了3.04,运行流畅性和舒适性显著提升。结果表明,释能阶段是被动式外骨骼机械足发挥作用的关键阶段;弹簧释放角度对释能阶段机械足助力性能的影响较为显著,即为影响机械足助力性能的关键参数。研究结果可为外骨骼设计提供重要参考。     

Walking with increasing acceleration is achieved by tuning ankle torque onset timing and rate of torque development

Understanding the mechanics of torque production about the ankle during accelerative gait is key to designing effective clinical and rehabilitation practices, along with developing functional robotics and wearable assistive technologies. We aimed to explore how torque and work about the ankle is produced as walking acceleration increases from 0 to 100% maximal acceleration. We hypothesized that as acceleration increased, greater work about the ankle would not be solely due to ramping up plantar flexor torque, and instead would be a product of adjustments to relative timing of ankle torque and angular displacement. Fifteen healthy participants performed walking without acceleration (constant speed), as well as low, moderate and maximal accelerations, while motion capture and ground reaction force data were recorded. We employed vector coding in a novel application to overcome limitations of previously employed evaluation methods. As walking acceleration increased, there was reduced negative work and increased positive work about the ankle. Furthermore, early stance dorsiflexion had reducing plantar flexor torque due to delayed plantar flexor torque onset as acceleration increased, while mid-stance ankle plantar flexor torque was substantially increased with minimal ankle dorsiflexion, irrespective of acceleration magnitude. Assistive devices need to account for these changes during accelerative walking to facilitate functional gait.