人体下肢外骨骼关键技术分析与研究

随着单兵武器装备的不断升级,质量问题成为单兵作战灵活性与生存力的一个障碍.人体下肢外骨骼装置能提高士兵的承载能力,使士兵能够负重长途跋涉于车辆无法行驶的路面,充分发挥人与机器的优势,实现人的灵活、机动、智慧与机器强壮性的完美结合.文中介绍了目前国内外在人体下肢外骨骼研究领域的最新研究发展动态,并就其关键性技术进行了分析与研究,为人体下肢外骨骼的进一步设计与开发提供了详实的信息与参考依据.     

单兵自动武器火控系统解命中问题建模与仿真

为研究单兵自动武器火控系统的工作特性,在分析其组成和功能基础上,建立了包括机动目标模型、非机动目标模型、刚体外弹道模型和解命中问题模型在内的火控系统数学模型.通过编程实现了火控外弹道及解命中问题的仿真,得到了火控外弹道特殊点射击诸元值以及火控外弹道特性.通过对不同射程情况下非机动目标解命中问题的实例模拟,获得了不同射程条件下的射角与弹丸飞行时间等关键值.计算结果表明,该模型是可靠的,为进一步研究武器作战威力及战场作战可靠性与经济性提供了参考.     

医疗助力下肢外骨骼设计及动力学仿真分析

针对人体下肢受伤康复等问题,设计了医疗助力下肢外骨骼机器人.对下肢外骨骼系统进行了基本结构设计,把下肢运动分单腿、双腿支撑的不同时期,进行了下肢外骨骼系统动力学计算.通过Lagrange方程,得到各关节力矩计算公式,建立了三维模型,利用基于接口的协同仿真技术并结合ADAMS和MATLAB软件对外骨骼进行联合仿真,得到单腿支撑时期各关节角度变化曲线及力矩变化曲线,对比仿真数据和理论计算数据,验证了理论模型的合理性.通过下肢外骨骼仿真分析设计,为后期下肢外骨骼运动控制及模型制造提供重要数据与理论基础.     

新型柔性铰链的柔度计算

在力或力矩作用下,柔性铰链将会产生相应的微弹性变形,其柔度性能是表征载荷与形变关系的量度,直接影响着柔性铰链的运动精度和综合性能.目前柔性铰链的设计一般基于繁琐的数值积分方法和有限元技术来计算柔性铰链的性能指标.在提出一种新型柔性铰链的基础上,基于弹性静力学基本公式和微积分理论,推导出一种新型柔性铰链的柔度计算公式,为新型柔性铰链的设计提供了理论依据;严格推导出柔性铰链中心轴线上任意位置的变形公式,实现了柔性铰链的精确设计计算.采用ANSYS软件对理论公式的准确性进行验证,两种结果十分吻合.     

欠驱动康复外骨骼手的设计及试验

为了解决手部丧失运动能力患者的康复训练以及日常生活不便的问题,设计了欠驱动康复外骨骼手。研究了人手的生理结构,由关节间存在的耦合运动,设计了多连杆以及齿轮传动系统,实现欠驱动康复训练。利用解析法建立了单个手指的运动学模型,通过单个手指的运动学模型建立4指的拟合抓握模型,并进行了模拟仿真。建立样机并进行样机实验及运动学仿真,通过结果的对比分析,外骨骼手运动实现了预期的运动且运动合理、误差小。     

基于柔性膝关节的外骨骼设计与动力学研究

为了兼顾外骨骼动力的线性输出与穿戴过程的安全性,设计了一款包含助力与缓冲两种工作模式的下肢外骨骼。首先,对外骨骼膝关节缓冲器及整机模型进行了参数计算与结构设计;然后,对其做动力学分析并通过Matlab计算得到关节理论力矩;将计算所得参数与理论力矩分别代入Adams,对两种工作模式下的外骨骼进行仿真试验;通过对比仿真结果与人体运动标准数据,证明外骨骼助力模式可基本满足穿戴者正常行走需要,缓冲模式可在突发状况下缓冲刚性冲击。研究结果为后期系统的控制与模型制造提供了重要的理论依据。     

外骨骼机器人设计及其机械结构的有限元分析

为了提高士兵的承载能力,降低在运动过程中的能量损耗,设计了一种液压驱动的可穿戴外骨骼机器人,该外骨骼机器人下肢具有12个自由度。根据外骨骼机器人的功能和工作原理,分析了外骨骼机器人的关键部位,并设计了外骨骼机器人的各部分的尺寸。利用有限元软件ANSYS对外骨骼机器人进行建模,对下外骨骼机器人进行有限元静力学仿真,并对大腿部位进行瞬态动力学仿真。通过仿真研究分析,验证了机构设计的合理性,对外骨骼机器人的进一步研究提供了参考。     

基于径向约束的单兵光电瞄具建模与仿真

为研究单兵系统作战演示系统,分析了线性、非线性光电瞄具模型,建立了基于径向约束的光电瞄具标定模型,给出了瞄具所要标定的内、外部参数和标定步骤.对光电火控系统光电瞄具进行了标定,通过编程得到了标定后的光电瞄具的成像,在不同距离射击时对某物体的成像数据与图像进行了计算与仿真.仿真结果表明,利用径向约束的方法能够正确反应光电...     

一种多功能下肢外骨骼机器人的设计与仿真分析

针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求,设计了一种多功能下肢外骨骼机器人,利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型,采用拉格朗日方法推导出动力学模型,计算各关节所需的理论力矩;建立虚拟样机模型进行动力学仿真,仿真数据与理论数据进行比较,验证了理论推导的准确性和外骨骼机器人设计的合理性,为后续电机选型提供了依据。     

下肢外骨骼电液伺服控制系统的设计与仿真

根据已设计出的下肢外骨骼模型以及由公式推出的外骨骼运动特性,设计液压缸的负载轨迹情况;对液压控制系统进行静态特性和动态特性分析,确定出液压系统的参数;通过用Simulink仿真对P控制、PI控制、PID控制3种方法进行比较,最终确定利用PID控制方法驱动下肢外骨骼运动。