柔性可穿戴腕部动力手套的设计与分析

动力手套是一种腕部康复训练装置,同时具有辅助的助力功能。康复训练是手腕进行自主康复的一种重要的辅助治疗手段,传统的康复训练装置大多采用电机驱动的刚性外骨骼结构,在运动时急剧变化的冲击力易造成关节二次伤害,同时较大的质量增加了身体的额外负担。基于气动人工肌肉设计并制作了一款柔性可穿戴动力手套装置,能够实现腕关节屈/伸、内收/外展两自由度运动,集康复训练与腕部助力于一体,轻量化柔顺的外骨骼结构提高了其便携性及舒适性。通过嵌入薄膜压力传感器能够感知手掌与物体之间的抓取力,自动实现腕关节助力功能并有效地保护腕部。对腕部进行穿戴静力分析求解手套装置的性能需求参数,并测试气动肌腱的关键指标及手套的整体性能,测试结果表明所设计的动力手套能够满足腕部康复训练要求并具有辅助的助力功能。     

刚软结合可穿戴手部康复装置设计

手部康复装置是用于手部功能恢复治疗的装置,刚性装置柔性不足、贴合性差,容易造成二次伤害;软体装置驱动力小,且复杂软体装置不易制作。为克服刚性装置与软体装置的缺点,提出了一种结合软体关节与刚性指节的可穿戴手部康复装置。分析人手的生物结构,设计软体关节结构并分析其弯曲特性,基于刚软结合设计气动手指执行器,并进行有限元应力与变形分析;完成软体硅胶关节模具和手部康复装置的制作;搭建气动手指执行器测试实验平台,测试刚软结合手指执行器的弯曲特性和指尖力,并进行手部康复装置对不同形状物体的抓取实验。结果表明所设计的刚软结合可穿戴手部康复装置可实现手部抓握等运动功能的康复训练。     

基于共轴球面并联3RRR机构的手腕康复装置研制

针对中风患者腕部运动功能障碍及康复训练问题,提出了一种基于共轴球面并联3RRR机构的手腕康复装置.该装置由3个电机驱动,末端执行机构能够实现球面运动,以模拟手腕3自由度复合运动,实现手腕康复训练.为了达到紧凑性设计的目的,采用了三轴共轴球面并联机构和同步带传动的设计方案.在此基础上,建立手腕康复装置运动学数学模型,获得了电机输入角度与末端执行机构输出位姿之间的关系;并确定康复装置的工作空间:绕X轴旋转最大角度为32°,绕Y轴旋转最大角度为37°,绕Z轴全周旋转.最后,加工出实验样机进行实验验证.结果表明,该装置运转平稳,工作空间内不存在卡死现象.     

基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统

针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器（FPA）设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求,设计具有三大模块的控制系统：模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别,并生成康复运动训练方案;角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器;主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明,康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°,提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务,证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。     

气动柔性驱动器及其在灵巧手中的应用研究综述 

介绍了几种典型的气动柔性驱动器——McKibben型PMA、三自由度FMA、旋转型气动柔性驱动器、柔性流体驱动器和新型气动柔性驱动器FPA的研究现状,并对这5种气动柔性驱动器进行了深入的分析讨论,指出它们各自的优点和不足之处。综述了应用典型气动柔性驱动器研制的几种气动柔性灵巧手,分析了各灵巧手的特点;结合上述几种气动柔性灵巧手,对目前该领域研究中存在的急需解决的关键性问题进行了总结分析。     

多模式柔顺膝关节康复器设计及力分析

研究开发了一种多模式柔顺膝关节康复器,提出了无杆气缸+气动柔性驱动器的复合驱动技术,保证了对膝关节康复训练柔顺性和大行程的要求.设计了康复器的结构和控制系统的软、硬件,并对康复器的驱动力进行了分析.所研发的康复器可实现膝关节主动、被动等多种模式的康复训练.     

多功能软体机械手的设计与建模

设计了一款新颖的多功能软体机械手,其由两个软体手指和一个软体手腕集成一体。软体手指由四个并联的双向弯曲气动软体驱动器组成;软体手腕主要由一个双轴双向弯曲气动软体驱动器构成,软体手指、软体手腕协同动作,可以实现软体机械手的多方位、多任务操作。根据软体机械手所需运动范围和抓取力确定了软体机械手的尺寸参数。基于欧拉-伯努利梁理论,建立了上述两个双向弯曲软体驱动器的欧拉梁弯曲模型和悬臂梁弯曲模型,获得了双向弯曲软体驱动器弯曲曲率、弯曲力矩和充气气压三者之间的解析表达式,以及双向弯曲软体驱动器受到载荷时的弯曲变形曲线,通过双向弯曲软体驱动器的自由弯曲试验和弯曲变形试验验证了上述模型的正确性。通过软体机械手的闭合抓取试验和张开提起试验说明了软体机械手的实用性。     

一种气动驱动新型上肢康复机器人

结合临床康复医学理论及临床康复经验对上肢康复机器人方案进行研究,设计了一种应用于偏瘫患者康复训练的气动式上肢康复柔性机器人,进而将气动技术的安全性、柔顺性应用到康复领域中来,有效地实现了患肢由完全被动到以被动为主逐渐到以主动为主,最后康复到完全主动训练过程的适宜模式.     

基于伪刚体模型的腰部训练装置的运动学分析

考虑到康复运动过程中康复患者对康复机器人的作用,康复机器人的设计过程中将康复患者的康复部位作为其一部分进行设计和分析。将腰部考虑成柔性杆,并将其作为气动人工肌肉驱动的腰部训练装置的一部分进行分析。对腰部训练装置进行了结构介绍并分析了腰部在腰部训练装置中的作用,给出了腰部训练装置的运动学模型。对腰部训练装置进行了受力分析,结合腰部训练装置的功能对气动人工肌肉组件进行了设计和受力分析,使用伪刚体模型对腰部进行受力分析,得到了腰部脊柱与康复腰带结合点的受力结果,基于此对腰部训练装置整体进行受力分析,得到腰部训练装置中康复腰带与气动人工肌肉组件之间受力的关系。通过仿真验证了运动学分析和受力分析结果的正确性,并根据腰部训练装置的力学分析及仿真结果,进一步设计并搭建气动人工肌肉和柔索混合驱动并联腰部康复机器人试验平台。     

直动式压电气动伺服阀阀芯运动系统建模分析

本文主要研究气动控制领域的直动式压电气动伺服阀.阀芯运动机构是该阀设计的核心部分,主要由作为动力源的积层式压电驱动器、柔性铰链微位移放大机构、阀芯、弹性回复机构以及相应的连接件组成.设计基于柔性铰链微位移放大机构的阀芯运动机构,结合有限单元法对阀芯运动机构进行静力学与动力学的仿真分析,验证理论分析,为直动式压电气动伺服阀总体设计以及控制策略的选择提供理论依据.