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。     

一种结合FES的足下垂康复助力机构设计

针对足下垂患者的康复训练,提出了一种将功能性电刺激(FES)与踝关节助力机构结合的方法。通过分析正常人体步态曲线,对力传感器检测步态的方法进行了研究,并搭建了下肢步态检测系统; 对功能性电刺激技术进行了研究,设计了功能性电刺激单元,完成了该单元的硬件设计; 通过分析足下垂患者的步态特点,提出了踝关节助力机构所需要完成的功能性目标,并完成了助力机构的研制; 根据已经搭建的平台,对传统的PID控制方法进行了研究,设计了下肢步态检测模块、功能性电刺激单元和踝关节助力机构的控制系统,完成了控制系统搭建。     

一种主动型踝关节助力外骨骼设计及性能实验

为实现踝关节的运动助力,针对踝关节运动过程角度变化快、运动自由度多的特点,本文提出了一种基于多支链空间连 杆机构的主动助力外骨骼,通过电机带动丝杆传动并组合空间连杆机构的设计方式,实现了踝关节主动的背屈/ 跖屈及从动的 内收/ 外展,旨在提高踝关节外骨骼运动跟随的协调性,减少其对穿戴者运动自由度的限制。 基于脚底测力系统进行步态识别, 采用运动状态机对踝关节助力外骨骼进行分层控制策略研究。 并对踝关节进行运动实验测试及助力评估。 实验结果表明,踝 关节外骨骼的有效助力范围(跖屈 30° ~背屈 20°,内收 35° ~外展 15°)能够满足正常行走需求,具有良好的运动跟随性(角度误 差≤2°),受试者小腿肌电信号明显衰减,减幅均值可达 28. 91% ,可实现有效助力。     

基于人行走能耗分析的踝关节外骨骼设计

基于对人体行走的能耗分析,设计了一种新型有源无动力踝关节外骨骼。首先,基于耦合摆模型建立人体行走摆动相动力学方程并采用打靶法求解。根据动量守恒原理分别计算摆动腿膝关节锁定、脚跟着地以及关节摩擦引起的能耗率。计算结果表明,脚跟着地引起的能耗率远大于膝关节锁定和关节摩擦引起的能耗率。然后,基于该能耗分析结果设计了一种足底弹性储能机构将脚跟着地时的能耗存储起来,在跖屈蹬地阶段释放助力。通过前脚掌压力信号控制电磁铁驱动的离合机构,实现对助力弹簧夹紧与释放的状态切换。样机实验结果表明：足底储能机构可以提高外骨骼的输出力矩和功率,提升助行能力;外骨骼的最大输出力矩为19N·m;穿戴该外骨骼行走时小腿三头肌激活度相较于不穿戴时最大下降约8.6%。踝关节角度测量结果表明,在摆动相期间外骨骼很少干扰穿戴者踝关节的正常活动。     

一种三自由度并联踝关节康复机构

在分析现有踝关节康复机构的基础上,提出一种基于3-UPU并联机构的新型踝关节康复机构,该机构具有3个自由度,能够实现踝关节的旋前/旋后、内翻/外翻运动,并且该机构的转动轴线可实现高度和角度方向的调节,从而使机构转动轴线与人体踝关节运动轴线更好的吻合,给患者带来更好的康复效果。求解了机构的自由度,运动学反解,并根据踝关节康复要求对机构尺寸进行确定,进一步求解了机构的工作空间,对机构的运动学进行了仿真验证和样机运动试验。     

新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构动力学性能分析

提出了一种新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构,根据机构的几何约束关系和速度合成定理,建立包括各个构件位姿、速度的机构运动学模型。在此基础上,考虑各构件惯性力的影响,基于虚功原理和拉格朗日方程,建立了机构动力学模型。通过实验测量,得到一组人体踝关节的运动学数据,利用傅里叶公式进行拟合,得到人体踝关节的位姿函数。将此位姿函数分别作为理论模型、踝关节虚拟样机的输出,得到踝关节机构输入的数值解、仿真数据,验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了动力学理论基础和依据。     

3-SPS/S踝关节康复机构模糊自适应控制系统仿真

根据踝关节的结构特点以及当前对踝关节康复机构的研究,搭建了基于3-SPS/S的踝关节并联康复机构.针对3-SPS/S踝关节并联康复机构难以实现高精度及快速响应的问题,提出了一种基于模糊自适应PID控制的控制方法,提高控制系统的精度.首先利用SolidWorks将3-SPS/S踝关节并联康复机构三维模型转换为SimMec...     

基于ADAMS与MATLAB的新型踝关节康复机器人联合仿真

针对目前一种新型踝关节康复机器人,介绍了其整机系统组成和整机机构方案。在进行了背屈趾屈机构的详细设计后,分析了踝关节康复机器人的负载情况。利用ADAMS和MATLAB联合仿真技术,对新型踝关节康复机器人进行动力学分析和控制分析。仿真结果与样机试验数据进行比较,说明其机构设计和控制方案的可行性,并进一步对联合仿真技术在踝关节康复机器人上难点和实用性进行探讨。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。