下肢康复外骨骼的造型与结构优化设计研究

为了满足下肢康复外骨骼造型美观化与结构轻量化的双重要求,提出一种造型设计与结构优化互补的综合设计方法。运用感性工学理论和设计美学原则,归纳出下肢康复外骨骼造型设计的一般特征,并应用于下肢康复外骨骼的造型设计中,然后采用7点标度的语义差异量表挑选造型方案。为了验证造型方案结构的合理性,利用SolidWorks软件对优选方案进行三维建模和有限元分析,同时在不改变优选方案造型轮廓美观性的基础上,使用拓扑优化方法对其进行轻量化设计。最终设计得到的造型方案不论是在造型美观性方面还是结构性能方面都比较突出,表明了该方法的有效性。     

基于用户体验的外骨骼机器人舒适性研究

为提高外骨骼机器人的使用舒适性,从用户体验角度,结合诺曼提出的3层次理论研究了影响外骨骼机器人舒适性的因素,从而得到操作便利性、运动匹配性、受力均匀性、外形适应性4个评价标准。在此基础上构建了外骨骼机器人舒适性评价指标体系,采用模糊层次分析法建立了外骨骼机器人舒适性综合评价模型。以上肢外骨骼康复机器人为例,设计了5级李克特量表进行问卷调查,对原型机进行了综合定量评估,发现手臂支撑和后背造型的舒适性较差,然后对其进行改进设计,提升外骨骼机器人用户体验的整体舒适性,为外骨骼机器人舒适性定量测评提供参考依据。     

马桶座圈的造型与舒适性设计研究

目的 为了满足马桶座圈造型美观性与使用舒适性的两者要求,提出一种将造型设计与有限元分析相融合的综合设计方法。方法 首先根据感性工学原理归纳出马桶座圈造型的设计要素,初步设计了8种马桶座圈的造型方案,并采用语义差异法对各个方案进行美观性感性意向评估,挑选了4种偏向于美观的造型方案,同时与人体模型装配进行有限元分析,以获取人体与马桶座圈之间的接触压力,然后使用层次分析法对设计方案的均值与压力数值进行综合评估,得出最优设计方案,最后通过30名测试者对最优设计方案进行实验测试。结论 实验测试的结果与有限元分析的结果近乎吻合,表明了运用感性工学与有限元分析的综合设计方法,可以有效地帮助设计师设计出造型美观且使用舒适的产品,为相关的设计研究提供了参考指导。     

无速度多追踪的量化间歇控制

为研究二阶多智能体系统的多追踪问题,同时考虑通信时滞存在的情况,提出了一个仅采用相对位移信息的间歇控制协议.智能体的信息在传输之前,通过随机量化的方法进行量化.基于代数图理论、随机量化和稳定性理论,得到了实现多追踪的一些充分必要条件.为了克服通信带宽的限制,在信息传输前,采取随机量化的方案量化智能体的信息.因此,对于研究二阶多智能体系统的一致性问题来说,与连续数据相比,采样数据是更实际的来源.实例分析表明在所提出的控制协议下,被控系统能有效的追踪期望轨迹.     

一种保护青少年脊柱健康的减重背包设计与研究

目前市面上的青少年背包主要通过肩部来进行载荷,而忽略了腰部载荷的作用。背包长期负重 不当会影响脊柱生长。为了平衡肩部、腰部和臀部的载荷,设计一种通过臀部带和弹性杆结构改变重力传递方 式的减重背包。首先对人体背包进行生物力学分析,提出设计方案;然后借助 ADAMS 对传统背包与减重背包 在平地、上坡、下坡 3 种路况下进行人体肩部、腰部和臀部载荷的动力学仿真,并利用 MATLAB 对 2 种背包 的肩部、腰部和臀部的力矩进行分析。结果表明减重背包减轻了肩部 6.1%和腰部 5.4%力矩;减重背包肩部力 矩与腰臀部合力矩的比值是 4.17,而传统背包的比值是 6.58。减重背包减少了肩部和腰部的载荷,同时发现肩 部力矩与腰、臀部合力矩的比值越小,转移到臀部的力矩越大,背包的平衡性越好,表明了减重背包优于传统 背包。     

具有关节力矩反馈的上肢康复机器人设计

康复机器人关节的驱动方式和结构设计对控制性能和成本影响较大。提出并验证一种具有低成本、结构紧凑特点和关节动态力矩检测功能的机械设计,并此基础上设计了一款简洁的轻质可穿戴双侧四自由度上肢外骨骼。为了验证驱动关节和整体外骨骼设计的有效性,对其结构设计进行了阐述,并对其分别进行了运动学和动力学建模,通过Matlab对终端活动范围进行了仿真,并对样机的单关节和整体性能进行了测试,实验数据显示这种驱动关节和康复机器人设计表现出较好的控制性能,有良好的研究前景。     

无速度多追踪的量化间歇控制

为研究二阶多智能体系统的多追踪问题,同时考虑通信时滞存在的情况,提出了一个仅采用相对位移信息的间歇控制协议.智能体的信息在传输之前,通过随机量化的方法进行量化.基于代数图理论、随机量化和稳定性理论,得到了实现多追踪的一些充分必要条件.为了克服通信带宽的限制,在信息传输前,采取随机量化的方案量化智能体的信息.因此,对于研究二阶多智能体系统的一致性问题来说,与连续数据相比,采样数据是更实际的来源.实例分析表明在所提出的控制协议下,被控系统能有效的追踪期望轨迹.     

配电机器人剥线器的RLS阻抗力控制算法

针对配电机器人剥线过程中导线线芯易受损问题提出一种适合末端剥线器的基于阻抗控制的切进力跟踪控制算法.目前很多阻抗控制无法完成环境刚度突变的任务要求,针对配电机器人工作环境刚度的复杂性,在阻抗控制算法中引入递推最小二乘法(RLS)对导线绝缘层和线芯刚度进行在线辨识实现对切进力的精确稳定跟踪,并在MATALAB/Simulink中对配电机器人剥线环节的阻抗力控制算法和提出的基于RLS的阻抗算法进行对比仿真试验.仿真结果显示,基于RLS参数辨识的力控算法在环境刚度突变的情况下依然有着较好的力跟踪性能,且稳态误差趋近于零,试验结果的对比显示了RLS阻抗控制算法的可行性和有效性.