可穿戴式的下肢助力机械外骨骼的结构设计

为了实现人的控制与机械力量之间的结合,使人在保留自身具备的各种优点的同时具备机械的力量、速度和耐力,更加完美地发挥人与机器的功用,设计了用于实现负荷行走功能的下肢助力机械外骨骼。基于人体下肢结构特征及行走的生物学特征,结合零点力矩理论进行分析,对机器人的结构进行简化,建立了外骨骼机器人的连杆模型,设计了相应的关节驱动,满足人体下肢基本行为动作。样机实验结果表明,此结构能够给不同体型的人穿戴,有效减轻人体负重负担。     

穿戴式下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真

设计了一种下肢外骨骼装置,主要由髋关节、膝关节、踝关节和驱动装置组成,其中膝关节部分采用了四杆机构替代传统的单自由度转动副结构,提高了膝关节的仿生性,驱动装置采用了电机驱动。对髋、膝、踝三关节采用Adams进行了运动学仿真分析,获得了三个关节的输出角度数据,通过与输入角度数据的对比,验证了该下肢外骨骼装置与人体行走姿态具有良好的跟随性。同时通过对膝关节四杆机构的结构设计与运动学仿真分析的交互叠代,优化了膝关节四杆机构的设计参数。     

面向下肢康复的柔性外骨骼机器人进展研究

作为近年来新兴的机器人技术,柔性外骨骼结合了柔性驱动和可穿戴机构,有效解决了传统刚性外骨骼机器人重量大、顺应性差、效率低、穿戴舒适性差的问题,因此尤其适用于运动障碍患者的辅助行走及运动康复,已成为主动康复领域发展的重要方向之一.本综述聚焦下肢柔性外骨骼助行机器人近十年的创新与应用进展,收集整理了 60篇目标文献,其中,...     

下肢外骨骼康复机器人的研究与发展

近年来,脑血管疾病的发病率越来越高。众所周知,脑血管疾病引起中枢神经系统损伤,中枢神经系统损伤的患者日常活动能力受限,而解决这些问题已成为重要的研究课题。随着外骨骼机器人研究不断发展,辅助人体进行日常活动的需求得到有效回应。本文将从国内及国外两个方面综合阐述目前下肢外骨骼康复机器人的研究现状,以及关键技术及发展,从研究和开发角度对康复机器人的发展方向进行详述。     

下肢康复外骨骼的步态交互设计研究进展

中国正向深度老龄化社会高速迈进,脑卒中等老年性疾病人群逐年增多,开展面向助老适老的智能产品研究具有广阔的应用前景与重要的学术价值。下肢康复外骨骼是一种与穿戴者肢体交互并为其提供相应运动辅助和训练的人机交互共融智能产品。利用下肢康复外骨骼进行科学有效的康复运动训练,患者的肌力得以增强,脑神经和患肢之间的传递通路得以重建。根据穿戴者的下肢运动功能缺失或减弱程度生成并调整步态以进行安全有效的康复训练,是目前下肢康复外骨骼的研究前沿与热点。针对下肢运动功能障碍导致的行走方式差异化和康复步态规划个性化问题,结合国内外下肢康复外骨骼步态交互设计的研究进展,围绕下肢康复外骨骼步态性能评价标准、步态生成方法、步态控制策略和典型康复应用进行了重点分析探讨。最后总结并对下肢康复外骨骼的步态交互设计未来发展方向进行了展望,为相关研究人员提供参考。     

无动力下肢外骨骼机器人研究综述及发展趋势

无动力下肢外骨骼机器人,可运用于医疗康复、运动助力以及负载作业等场景。系统阐述了无动力下肢外骨骼机器人的发展背景及助力形式;对国内外无动力下肢外骨骼机器人的研究历程进行综述,按多关节和单关节进行分类,重点总结了两类机器人的结构、特点、优劣势以及效能评估等;围绕无动力下肢外骨骼机器人的关键技术与未来发展趋势进行了分析与展望。     

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。     

携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真

携行式外骨骼作为一种有效的人机耦合方式,能够为人体负重运动提供必要的支撑和辅助。下肢结构作为整个系统的核心组成,其运动轨迹的实现情况将会直接影响外骨骼穿戴舒适性和运动协调性。从运动学角度出发,对外骨骼下肢结构及自由度和动态稳定性进行了分析,利用坐标变换和D-H方法建立外骨骼下肢运动模型并实现下肢运动轨迹规划。利用Solidworks建立了外骨骼三维模型,将其导入Adams中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果验证了运动学模型及推导公式的正确性,为进一步研究携行式外骨骼打下了理论基础。     

液压驱动下肢外骨骼系统设计与控制研究

研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。     

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。     

用于下肢辅助行走的外骨骼产品设计研究

为实现健康生活,基于下肢残障人群增多及产品设计趋于人性化的背景,对用于下肢辅助行走的外骨骼产品设计进行了研究分析,从而提出更能满足下肢残障人群需求的外骨骼产品设计方案.首先,对作为研究对象的外骨骼产品进行了解;然后,研究下肢残障人群的生理及心理特征,分析该类群体的需求;最后,通过综合分析外骨骼产品功能、结构、造型、材质...     

下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析

下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。     

基于GSM的远程外骨骼下肢康复机器人系统的设计与实现

根据下肢康复的需要,结合已有的外骨骼下肢康复机器人技术,使用GSM构建了一个远程的下肢康复系统。系统使用短信服务实现康复信息的远程监控,并具有信息管理功能。同时,系统可以实现责任医务人员与系统维护人员的定制短消息提醒服务。此系统可以作为基于物联网的智慧医疗系统的子系统进行应用,以实现社区康复或家庭康复的需求。     

斜巷助行器的设计与应用

分析了目前制约井下运输的诸多因素,研究了斜巷助行器的设计方法,介绍了该装置的工作原理,并对其应用及安装过程进行分析。     

下肢外骨骼虚拟样机设计研究

步态分析是外骨骼机器人设计中不可或缺的技术环节。以人体步态运动规律作为下肢外骨骼运动姿态控制的基础,有利于实现良好的人机匹配。采用Vicon运动分析系统进行了运动学实验与分析。在人机交互的基础上,拓展人的运动功能,因此在下肢功能障碍患者康复训练、老年人及正常人助力行走、单兵装备中获得广泛关注与应用。以人机功能匹配为设计出发点,采用Vicon运动分析系统进行了步态行走实验,以步态参数作为下肢外骨骼运动控制依据。通过ADMAS运动仿真与拉格朗日方程计算结合的方式,得出动力学参数。进而完成了一款兼顾行走助力功能与低成本的下肢外骨骼虚拟样机设计。     

人体下肢康复外骨骼机器人仿真分析与实验

为了加快人体下肢损伤的康复速度,防止下肢瘫痪者肌肉萎缩,设计了一个高效实用的下肢康复外骨骼机器人。通过研究人体运动机理以及收集人体各关节运动数据,以舒适、高效及适宜不同体型人群为目标建立外骨骼的3D模型,并推导出下肢外骨骼的D-H数学模型公式,建立髋关节,膝关节,踝关节的位姿坐标方程。以ADAMS软件为基础进一步对外骨骼机器人进行关节受力和步态合理性仿真,为实物的搭建提供可行性依据。最后搭建样机实验平台验证外骨骼设计的合理性。     

可穿戴外骨骼机器人的发展现状与应用研究

论述了可穿戴外骨骼机器人的概念、原理、特点等,总结了国内外技术研究现状,重点介绍了国内外4款典型装备的特点。同时,对可穿戴外骨骼机器人领域涉及的关键技术,即新型传感元件、执行元件、控制技术、动力单元、新型材料、安全性和个体差异适应性等,进行了综合分析,为可穿戴外骨骼机器人的潜在应用提供了研究思路。     

凸轮在下肢外骨骼驱动中的应用及分析

以功能设计为出发点,设计下肢外骨骼驱动机构,与从模拟人体腿部肌肉运动的角度出发设计下肢外骨骼驱动的思路有明显不同。由于下肢运动的复杂性,传统的驱动方式在控制上很好实现下肢的行走运动很困难且成本很高,而提出的用复杂的步态曲线来反求设计凸轮外轮廓并用其作为下肢助行器的驱动机构,巧妙的避开了下肢外骨骼中关于如何实现运动控制的难点问题。同时,针对其存在的不能适应步态实时调整的问题也进行了结构补偿,以使外骨骼机构能在一定范围内实现速度的变动。     

一种下肢外骨骼康复机器人优化的结构设计与控制仿真分析

越来越多的脑卒中患者使得理疗师的康复训练工作繁重且康复效果评估体系不完整,针对此现状,设计出一款优化的外骨骼康复机器人模型。介绍了该机器人优化的结构设计,并对其进行了相对应的控制策略分析,进而提出一种控制方法并进行了仿真分析。仿真实验研究表明,所提出的控制策略在跟踪精度和速度上都具有明显的优势。     

下肢外骨骼机器人关节驱动及优化研究

外骨骼通过关节驱动器输出提供驱动力矩,分担人腿肌肉负荷。针对目前外骨骼的关节驱动方式,讨论了几种主要驱动技术的基本原理、实现方式和结构特点,分析了关节驱动的优化改进方法。首先,液压驱动可以优化驱动力矩为目标,设计储能机构,减少驱动功率,其次,针对电机驱动,优化中间传递机构,减少了关节重量和传递非线性,然后,对气动驱动特别是气动肌肉构型优化和骨骼服气动方式进行了综述,最后,指出无动力驱动是一种绿色驱动方式,也是未来的发展方向之一。总之,该文针对关节驱动及优化技术进行了分析综述,为外骨骼驱动系统设计提供了建议。