面向踝部康复的广义球面并联机构型综合

针对现有踝关节康复机器人难以充分拟合踝关节复杂运动，人机相容性较差的问题，提出一系列与踝关节实际骨结构匹配程度更高的串联等效拟合模型。为满足踝关节串联等效拟合模型对康复机器人机构本体的功能需求，给出一种具有串联等效拟合模型的广义球面并联机构型综合方法。首先枚举出广义球面机构的基本构件及运动副，并依此构造出广义球面支链。继而基于螺旋理论分析单支链以及多支链组合对动平台的约束性能，给出支链的组合条件与原则，阐明不同支链在机构中作用的异同，并依此归纳出位置支链和姿态支链两类广义球面基本支链。最后基于基本支链的约束特性，根据支链组合条件，综合出一系列适用于踝关节康复机器人本体研究的广义球面并联机构，并通过螺旋理论证明其与踝关节串联等效拟合模型的自由度数及性质具有一致性，为此类康复机器人本体设计提供理论依据。     

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM（continuous passive motion,连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。     

坐卧式下肢康复机器人的机构设计与仿真

针对脑卒中早期卧床患者身体虚弱、平衡能力差的特点,提出一种坐卧式下肢康复机器人,可以实现患者下肢在矢状面和冠状面内的空间运动。对这一康复机器人进行机构设计,对其连杆机构进行运动学正反解计算,求解速度雅可比矩阵,并通过五次多项式插值规划路径。为提高这一康复机器人在操作空间中轨迹跟随的准确性,设计比例微分交叉耦合控制器,并通过仿真验证其优越性。     

面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能

针对现有踝关节康复机器人运动特性与人体踝关节实际运动特性存在明显差异,导致人机相容性不理想的问题,基于高匹配度的U₁U₂型踝关节运动拟合模型,提出一种适用于踝关节康复且结构紧凑的四自由度广义球面并联机构。基于螺旋理论分析其运动及约束特性,论证其与踝关节运动拟合模型运动的一致性;分别建立机构的位置及姿态运动学模型,证明了该机构的位置与姿态之间运动学完全解耦;基于雅可比矩阵极其条件数分析,阐明该机构在纯背伸趾屈和纯内外翻运动中均具有运动学的完全各向同性性质,且在踝关节工作空间内具有较好的灵巧性及可操作度,并无奇异位形等病态位置存在,通过数据对比验证该机构具有较好的运动学特性,适用于踝关节康复。     

深化改革 优化结构 强化管理 提高效益 促进山西机电工业持续快速健康发展

一九九三年工作回顾过去一年,山西机电行业扎实工作,奋力拼搏,千方百计克服困难,各项工作均取得了较好的成绩。 1、生产保持稳步增长势头。全行业完成工业总产值30.46亿元,比上年增长12.35%,超过年度目标5.75%。完成销售收入33.01亿元,比上年增长31.54%,超过年度目标     

大量程预紧式六维力传感器及静态标定研究

提出一种新型的基于6/3-3 Stewart结构的大量程预紧式六维力传感器,介绍了传感器的结构特点和测量原理.假设传感器为线性系统的情况下,研究超静定受力状态下的静态标定原理.并给出两种求解标定矩阵的标定方案.为了改善维问耦合和制造误差等因素带来的非线性影响,利用误差反传算法和径向基函数神经网络,研究传感器的非线性静态标定方法.最后对传感器样机进行静态标定实验,给出了4种标定方案的实验结果并进行比较.标定结果表明该六维力传感器具有较好的测试精度.4种方法有效地解决了预紧式传感器超静定受力而带来的标定难题.     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真

在多关节步行机器人控制策略中，全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点；机器人的工作环境通常多变且复杂，对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求，故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题，在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合，对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法，用CPG完成机器人的基础步态，完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建，并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系；再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力，并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明：所提出的步态控制算法有效；新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力，这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。     

一种食指康复外骨骼机器人设计与分析

针对现有手部康复机器人精细化操作不足与人机相容性较差的问题，从脑卒中临床康复需求出发，基于人体解剖学理论，提出一种新型欠驱动食指外骨骼康复机器人。采用2-UPS并联机构与鲍登线的新型组合设计，实现了掌指关节二自由度主动康复运动，提高了机器人精细化操作能力；在设计过程中将指骨作为人机闭式运动链的组成部分，并探讨了食指屈曲/伸展与内收/外展运动的耦合关系，完善了患者康复训练中的约束条件，使机器人运动与人体自然运动更加协调，提高了机器人的人机相容性；求解了机构的运动学反解，分析了机构的工作空间并完成了仿真验证；搭建实验样机并开展了机构性能测试，基于对15个被试开展的人机工程学与康复运动舒适性的调查问卷结果，采用层次分析法对设备进行了评价，结果表明该机构可以满足使用者的康复需求。