蛇形机器人桥梁缆索攀爬步态控制研究

使用基于迭代链拟合与关键帧提取的蛇形机器人缆索攀爬步态生成方法,对一种正交关节蛇形机器人桥梁缆索攀爬步态控制进行了研究。该方法可建立蛇体骨干曲线定向位移与底层驱动器输入之间的联系,可将传统的骨干曲线法和控制函数法两种步态生成方法的优点有效地结合。使用该方法生成步态既可直观地得到骨干曲线的形状及运动趋势,又可得到以关节号和时间为变量的控制函数。该方法可有效提高蛇形机器人桥梁缆索攀爬的安全性、步态灵活性,同时,也便于控制底层驱动器。最后,通过实验验证了所提出方法的有效性。     

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.     

适应个体差异的下肢康复机器人步态规划

下肢康复机器人不仅要辅助患者恢复患肢关节运动机能,还须使患肢恢复正常人的协调步态。机器人的步态规划在满足训练者的身材特征和当前可承受活动能力下,还应符合正常人的步态特征,具有对每个患者的宜人性。针对这一目标,根据对一组正常人步态实验的数据,提出采用高斯过程回归模型进行预测的步态规划方法。建立以训练者的身体和步态参数为输入向量,步态曲线的傅里叶系数为输出量的映射关系,从而获得适合不同患者的宜人性步态离线规划方法。经过实验验证,由预测模型所生成的步态曲线与实验者实际步态曲线具有较高的一致性。     

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。     

具有并联关节的两足步行机器人运动学反解分析

分析了人体腿部关节的运动特点,提出了一种3自由度3-RRR并联机构作为髋关节,2自由度球面机构Ur作为踝关节,转动副R作为膝关节的新型两足步行器;对两个并联关节的位置反解进行了研究;采用解析方法对步行机器人的位置反解进行了分析,得出反解的解析表达式,最后用实例验证了求解过程.该研究对机器人步态规划、动力学分析及控制的研究有重要意义.     

一种足下垂康复助力机构的设计

针对足下垂患者足尖着地、拖拽等步态异常问题,提出了踝关节助力机构所需要完成的功能性目标,设计了一种为足下垂患者在行走时的摆动相阶段提供助力的对称式、混合动力足下垂助力机构。该助力机构采用了压簧和线驱动执行器组合的方法,针对助力机构的控制问题,研究了正常人体步态规律,采用了足底压力传感器检测步态相位的方法搭建了步态相位检测系统,对传统的PID控制方法进行了研究,设计了步态相位检测系统和踝关节助力机构的控制系统,完成了整个控制系统搭建,最后进行了相关实验。实验结果表明:该机构具有很好的可行性,将理想踝关节曲线和实验值进行比较,两者基本吻合,说明机构可以帮助足下垂患者行走,使其步态近似于正常人体步态。     

一种主动型踝关节假肢设计及动力学分析

设计了一种平衡可控变刚度主动型踝关节假肢,通过调节弹簧的预紧力,实现不同行走模式下的变刚度运动。首先采用Motion Analysis步态分析系统进行人体行走步态实验的研究,获得踝关节行走过程中的关节角度及关节力矩,为踝关节假肢设计提供理论依据;其后,进行踝关节假肢机构方案分析,利用电动机带动曲柄摇杆机构,并组合弹簧进行踝关节假肢的机构设计;最后,采用ADAMS软件进行踝关节假肢虚拟样机仿真,研究不同刚度系数对踝关节假肢运动输出的影响,仿真结果表明踝关节假肢有较好的动力输出效果,并通过实验验证了机构设计的合理性。     

下肢康复训练机器人膝踝协调运动控制方法

针对当前下肢康复训练机器人膝踝协调运动控制方法未考虑训练机器人系统不确定性，导致膝踝运动的速度与位置误差较高，收敛速度较慢，训练机器人步态不协调的问题，提出下肢康复训练机器人膝踝协调运动控制方法。设置标识点数量与具体位置，建立下肢刚体模型局部坐标系，分别构建不同点在矢状面的运动学方程，计算相邻点之间连线长度。利用膝踝等关节的动力学表达式，求出步态特征参数，通过高斯函数扩展形式，拟合膝关节转角非中心对称双峰曲线，采用分段曲线拟合形式，拟合踝关节转角参数，完成膝踝关节转角数学建模。采用自适应迭代学习控制算法，设立迭代控制信号，对膝踝运动轨迹跟踪，计算输出误差，确定自适应迭代条件，通过迭代项克服机器人系统带来的不确定性，实现膝踝协调运动控制。仿真实验表明，该方法的训练机器人膝踝运动步态较为协调，具有较快的收敛速度，有效降低膝踝运动的速度与位置误差，确保膝踝协调运动。     

双臂手移动机器人地面行走的研究

分析了双臂手移动机器人的系统配置及地面行走的步态规划方法;推导了实际机器人和虚拟样机中的ZMP测量方法;为实现稳定行走,提出了一种基于ZMP误差的针对关节角的步态补偿方法;最后,利用Adams与Matlab/Simulink进行了机器人虚拟样机联合仿真实验,得到各关节驱动力矩曲线、补偿关节角曲线,验证了步态补偿方法的正确性和双臂手机器人的地面移动能力。     

AnyBody环境下人体步态的逆向动力学研究

为了分析人体步态运动中包含肌骨系统的下肢动力学特性,基于生物力学分析软件AnyBody建立一种包含肌骨系统的下肢运动模型。利用逆向动力学,在下肢运动关节等处设置运动控制点,以运动控制点三维坐标和地面支反力为驱动,完成了人体的正常步态仿真,得到了人体正常步态下的踝关节和膝关节的角度、力矩的变化曲线,分析了关节力矩与角度变化之间的关系;给出了比目鱼肌、缝匠肌、胫骨后肌和胫骨前肌在步态周期内的肌肉力和活性变化曲线,讨论了肌肉力和肌肉活性之间的关系。