基于步态规律的康复训练机器人机构设计与分析

针对目前康复训练机器人的训练轨迹现状,研制了一款适于偏瘫患者使用的轨迹可变的康复训练机器人。首先探索人体正常的步态规律,结合偏瘫患者所需的步态训练运动轨迹特点,提出了基于四杆机构实现固定步态运动轨迹的设计思路,并进行了仿真验证;在此基础上,针对四杆康复训练器难以满足不同患者、不同康复阶段个性化训练需求的矛盾,分析影响四杆机构运动的主要因素;综合分析结果,设计了一款基于二自由度五杆变胞机构的康复训练机器人,并进行了样机制作及试验验证。试验结果证明,所设计的康复训练机器人能够满足偏瘫患者个性化训练要求。     

一种六足仿生机器人的研究

基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的六杆机构.并通过ADAMS动力学仿真软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态仿真.仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能.     

人体足部步态模拟机构的设计研究

从运动学的角度设计了一种新型步态模拟机构.先以正常人体步态作为依据,利用ADAMS对该机构尺寸进行了优化设计,在优化过程中,利用复数矢量法确定约束函数,以耦点轨迹和实际步态踝关节轴的轨迹误差最小作为优化目标.最后将优化结果和实际人体踝关节运动曲线进行对比,验证了该机构的可行性.     

下肢助行器结构设计及运动仿真

对用于辅助下肢瘫痪患者重新站立行走的下肢助行器的总体方案及其工作原理进行了设计与分析。根据人机工程学中的人体结构测量及结构几何关系确定了各杆长度。在CATIA中建立了助行器的三维样机模型,通过ADAMS进行了运动仿真分析,得到了助行器的速度、力矩等参数,并与正常人体步态参数比较,验证了机构设计的合理性和方案的可行性。     

平面6杆机构电子图谱库的计算机辅助设计及实现

针对目前实现期望轨迹的6杆机构的初值难选,有时难于收敛,且传统图谱查询效率低,过程烦琐,识别精度低等难题,利用计算机的海量存储能力和快速查询能力设计了6杆机构的动态仿真,以数学形态学为基础编写相应程序来提取6杆机构的轨迹参数,并建立相应数据库,实现了6杆机构期望轨迹的查询,为期望轨迹的机构设计提供了技术手段。     

多功能健身车的设计

多功能健身车集健身、休闲、代步于一体,采用三轮式车身、步态可调,具有定点、定轨迹、代步三种使用模式等特点。文中利用实验方法对人体步态的轨迹进行了测试与研究,针对步态轨迹设计出相应的驱动机构;分析了健身车的结构组成,设计出了健身车样品。     

下肢康复训练机器人设计及分析

结合人体工程学相关标准,建立下肢康复机器人机构与人体的联合模型,联合仿真确定机器人机构的关节转角范围,根据仿真的踝关节工作空间确定机器人机构的杆长参数。基于D-H法建立了下肢康复机器人的运动学正解和运动学逆解,利用Sim Mechanics工具箱搭建机器人机构模型,以机构模型输出作为实际输出,与运动学理论模型输出进行误差对比,验证了运动学模型的正确性,并基于机构运动学建立了机器人的动力学模型。搭建的运动学和动力学模型为实验样机的控制和轨迹规划提供了重要理论基础。     

卧式下肢康复机器人的设计与研究

针对人体下肢运动能力受损患者,研制了一种新型躺式下肢康复机器人。采用定轨式模拟椭圆形步态轨迹,进行康复训练。应用UG建模,进行了运动学分析和ADAMS仿真,验证了机构设计的可行性,具有一定的研究意义。     

基于MATLAB与ADAMS的四杆机构优化设计与仿真

以平面四杆机构为研究对象,为了得到符合预定轨迹且杆长最短的四杆机构,运用MATLAB建立模型并对其进行优化设计,得到各杆长的最优解。在最优解的基础上,对结果进行ADAMS仿真,进一步确定优化结果,使四杆机构能在质量最轻、结构最紧凑的情况下得到规定的轨迹。     

制造误差对四杆机构轨迹综合精度的影响分析

通过建立杆长制造误差对平面四杆机构轨迹综合精度影响的数学模型,确定了杆长制造误差的敏感系数,分析了杆长制造误差对轨迹综合精度的影响规律。设计实例说明,合理设计四杆机构杆长制造公差,可使机构既满足精度要求又降低制造成本。     

下肢外骨骼变轴线膝关节构型设计与杆长优化

针对人体膝关节轴线具有可变性,定轴线膝关节机构必然使外骨骼与人腿协调性较差的问题,在一种无驱动含耦合双支闭链的下肢外骨骼的基础上,采用一种变轴线膝关节机构。首先,根据人体膝关节"J"型瞬心轨迹特点,确定合适的变轴线膝关节机构,并且建立含变轴线膝关节的外骨骼整体模型;其次,通过遗传算法计算出符合人体膝关节瞬心轨迹的变轴线膝关节的参数;最后,通过MATLAB计算验证变轴线膝关节的瞬心轨迹符合人体膝关节瞬心轨迹。结果表明:变轴线膝关节瞬心轨迹更加贴合人体膝关节的瞬心轨迹,含变轴线膝关节机构的外骨骼步态更加符合人体步态。     

实现有速度要求轨迹的凸轮连杆组合机构设计

将B样条理论应用于凸轮连杆组合机构轨迹的设计.使用de Boor算法将B样条轨迹进行离散化.在对凸轮五杆机构进行逆运动学分析的基础上,编制了五杆机构逆运动分析模块.设计了实现带有直线工作段,并且有速度要求的轨迹的凸轮五杆机构.仿真实例结果表明使用B样条曲线设计凸轮五杆机构的轨迹,不仅可以满足生产上要求的直线段和尖点的运动轨迹,同时还可以保证执行端和凸轮的加速度连续.     

采用Matlab和误差函数法对轨迹生成四杆机构的优化及仿真

提出了一个修正的距离误差函数,主要是针对轨迹产生四杆机构的优化,并对优化结果进行仿真。首先,给出了轨迹生成四杆机构的设计变量,给出了所常用的基于欧几里得距离误差的误差函数。同时,对修正的距离误差函数公式进行推导,并由此推出了目标函数的表达式。其次,采取优化的方法得出最佳机构的设计变量参数值。最后,将优化结果的参数值导入到Matlab软件中进行仿真,并且与传统的欧几里得距离误差仿真结果进行了对比。误差仿真曲线表明,采用修正的距离误差函数对轨迹生成的四杆机构所产生的横向及纵向误差较小,效果良好,从而为轨迹生成四杆机构提供了新的研究方法。     

基于步态参数的助行器设计方法

以人机(助行器)适配为设计目标,提出了基于人体步态参数分析的动力式助行器设计方法.利用Vicon三维运动分析系统开展了人体步态实验研究,以获取的步态参数为动力式助行器运动控制依据.基于杆状模型,将ADAMS仿真结果与计算结果对比,得到了动力设计要求.在运动控制及动力需求的基础上,提出了一款基于直线角位移机构驱动的动力式助行器设计方案.     

爱控平面五杆机构轨迹实验台的设计

介绍了受控平面五杆机构轨迹实验台的总体系统设计 ,通过受控平面五杆机构轨迹实验台的合理设计 ,以保证受控平面五杆机构轨迹实验台的正常制造。     

基于模糊优化的可调平面五杆机构多任务轨迹综合

针对可调平面五杆机构多任务轨迹综合问题,提出一种基于模糊集理论的机构轨迹优化综合方法.以机构实际实现轨迹与给定轨迹任务的位置误差最小为目标函数,建立可调平面五杆机构多任务轨迹优化综合模型,并采用模糊优化方法进行优化.在确定机构变量的约束条件时考虑了各设计变量、约束条件的模糊性,因此综合结果更加客观合理,并给出数字实例.     

坐立卧式护理轮椅的结构设计及运动学仿真分析

为满足行动不便的老年人和残障患者的护理需求,设计了可辅助站立、辅助躺卧的坐立卧式护理轮椅.阐述了轮椅机构的设计方案和工作原理,并基于人机工程学原理,采用三维步态分析及运动系统分析了正常人体起立、躺卧过程中各关节的运动轨迹规律.建立轮椅机构间几何关系,并对机构进行了运动学分析;结合人体测量学数据,确定各构件参数并建立虚拟样机;运用Adams软件对机构进行了运动仿真,仿真中机构运行平稳.仿真结果表明,坐立卧式护理轮椅辅助人体坐、立、卧运动符合健康人体运动规律,验证了机构设计的合理性.     

基于弹簧负载倒立摆模型的闭链弹性仿生腿设计

基于弹簧负载倒立摆(SLIP)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符合SLIP模型结构和弹性特性的八杆十副腿部机构。基于闭环矢量法对腿部机构进行运动学分析,采用对称弯月形曲线作为期望足端轨迹,提出一种将机构尺度综合分为腿部骨骼尺寸设计与曲柄摇杆尺寸优化的设计方法,得到了满足期望足端轨迹的结构尺寸。进一步采用拉格朗日动力学方程描述单腿足端地面反作用力与驱动力之间的关系。应用Adams软件建立动力学仿真模型,进行质心速度、质心垂直位移、弹簧变形量等仿真分析。经构型设计、运动学分析、动力学仿真和结构设计,验证了该新型闭链弹性仿生腿可实现快速的奔跑步态。     

动力踝关节假肢设计与仿真

介绍了踝关节假肢的发展现状,为了达到人体理想的行走步态,对一个周期内的步态过程进行了研究,设计了一种具有主动驱动力源的踝关节假肢模型,整个机构采用串联弹性驱动系统和并联弹性板辅助来模拟步态整个周期运动过程。通过使用Solidworks、ANSYS和ADAMS软件的虚拟样机联合仿真,进行了一个步态周期内的踝关节假肢的仿真过程,结果表明该踝关节假肢模型能够实现正常的步态运动,并能够得到类似正常人体行走的踝关节角度和角速度曲线,验证了机构的可行性。     

解决铰链四杆机构连杆点轨迹曲率问题的新方法

用Matlab绘制了曲柄摇杆机构连杆静瞬心线和动瞬心线的实际形状图,给出了四杆机构拐点圆直径和连杆点轨迹曲率半径的新计算式,从新角度介绍了经典文献给出的由铰链四杆机构绝对相对瞬心直接确定连杆点轨迹曲率中心和由拐点圆及动静瞬心线曲率中心确定连杆点轨迹曲率中心的图解法。就文中提出的由辅助圆确定连杆点轨迹曲率中心的新方法及由四杆机构尺寸确定连杆刚体拐点圆直径和方位的新方法做了详细的图解说明。给出了一个实用的鹤式起重机构设计结果。