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面向外骨骼行走机器人的步态稳定性控制研究
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作者 张凯 王云飞 +1 位作者 胡宽辉 梁明亮 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期320-325,331,共7页
针对多自由度全驱动下肢外骨骼行走机器人,基于行走外骨骼的质心(COM)和零力矩点(ZMP)之间的距离,提出了一种新的障碍势能函数来设计控制策略,将人体-机器人操作空间重新定义为人体自由区域和机器人受限区域,用于控制外骨骼遵循适当的... 针对多自由度全驱动下肢外骨骼行走机器人,基于行走外骨骼的质心(COM)和零力矩点(ZMP)之间的距离,提出了一种新的障碍势能函数来设计控制策略,将人体-机器人操作空间重新定义为人体自由区域和机器人受限区域,用于控制外骨骼遵循适当的人体工程学轨迹。为消除未知参数的影响,引入自适应控制方法,实现了人体和机器人区域之间的平滑运动过渡。最后,通过对下肢外骨骼行走机器人进行了平地步行和越障实验,结果表明所提出的控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 步态控制 越障 控制策略
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形状记忆合金驱动的外骨骼设计与控制研究 被引量:1
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作者 李忠凯 张佳琦 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第3期109-113,共5页
受限于驱动原理,主动外骨骼机器人体积大、结构复杂;被动外骨骼机器人助力能力较弱、不能主动调节功率密度与时间的匹配关系。针对上述问题,提出基于形状记忆合金丝(SMA)的半主动式踝关节外骨骼机器人。首先,分析人体步态进行过程中的... 受限于驱动原理,主动外骨骼机器人体积大、结构复杂;被动外骨骼机器人助力能力较弱、不能主动调节功率密度与时间的匹配关系。针对上述问题,提出基于形状记忆合金丝(SMA)的半主动式踝关节外骨骼机器人。首先,分析人体步态进行过程中的力和位移,确定设计参数;然后,对踝关节外骨骼机器人的整体与核心驱动源进行设计,构建基于形状记忆合金的半主动式踝关节外骨骼机器人,重约314 g,踝关节旋转15°;最后,通过实验研究,验证本外骨骼机器人能够储能1150 J,为踝关节提供有效助力。 展开更多
关键词 形状记忆合金 踝关节外骨骼机器人 开环控制 半主动外骨骼机器人
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结合Udwadia-Kalaba控制理论的下肢外骨骼步态轨迹跟踪控制
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作者 肖志毅 沙连森 +3 位作者 邹学坤 黄锟 李永斌 刘斌 《西安交通大学学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期148-158,共11页
针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参... 针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参数确定外骨骼机器人系统理想运动轨迹约束下的名义部分控制力矩;为消除机器人系统不确定部分的影响,引入鲁棒控制器,通过划分不确定性边界确定其应输出的额外控制力矩。仿真结果表明:相较于传统PID算法,基于U-K控制理论的鲁棒控制的外骨骼机器人髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪控制精度分别提高了76.4%和96.8%。基于设计的下肢外骨骼机器人样机进行轨迹跟踪对比实验,实验结果表明:基于该方法的下肢外骨骼髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪精度为0.467 0°和0.114 1°,相比作为对照的PID算法,分别提高了82.6%和86.8%,同时系统整体控制周期缩短了56.6%,该控制方法具有更高的同步性、控制精度与稳定性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 Udwadia-Kalaba控制理论 鲁棒控制 轨迹跟踪控制
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基于红外距离传感器的机器人步态检测研究
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作者 张格 赵少锋 《现代制造工程》 北大核心 2025年第6期121-128,共8页
步态事件检测是外骨骼机器人运动控制和性能评估中的重要部分。为提升外骨骼机器人步态事件检测效率和精确度,提出了一种基于红外距离传感器的可穿戴步态时间检测系统。首先,开发了一种带有红外距离传感器的智能可穿戴设备,以获取稳定... 步态事件检测是外骨骼机器人运动控制和性能评估中的重要部分。为提升外骨骼机器人步态事件检测效率和精确度,提出了一种基于红外距离传感器的可穿戴步态时间检测系统。首先,开发了一种带有红外距离传感器的智能可穿戴设备,以获取稳定的距离信号,利用脚后跟和脚尖间隙的离地高度检测一个步态周期内全部6个步态事件,并将其转换为有效的脚部姿势信息;其次,提出了一种使用局部搜索窗口和固定阈值的在线检测算法,通过将该算法与红外距离传感器相结合,可实现最小时间延迟并降低计算负荷;最后,将所提方法集成到外骨骼机器人系统进行试验,检测人机协同步行的步态事件。试验结果表明,当所提方法应用于下肢外骨骼机器人时,能够成功检测到人机同步行走的所有步态事件,其平均检测误差小于34 ms,平均检测准确率为99.62%,具有良好的实时性能和较高的检测准确率。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 红外距离传感器 步态事件检测 足部离地高度
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肘腕4-DOF冗余康复外骨骼构型综合方法
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作者 单泉 黄建聪 +1 位作者 张顺 陈砚 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期64-75,共12页
针对外骨骼康复机器人与人体之间轴线错位而导致的不兼容等问题,提出了一种冗余康复外骨骼的构型综合方法.首先,通过全局静力条件确定冗余运动副的数目,并利用几何分析减少冗余运动副类型组合的数目;其次,基于用户舒适度考虑了可能的冗... 针对外骨骼康复机器人与人体之间轴线错位而导致的不兼容等问题,提出了一种冗余康复外骨骼的构型综合方法.首先,通过全局静力条件确定冗余运动副的数目,并利用几何分析减少冗余运动副类型组合的数目;其次,基于用户舒适度考虑了可能的冗余运动副轴线组合并选择了合适的组合方式;接着,结合工程约束考虑冗余运动副的可能位置排列并确定最优位置排列;最后,通过分析冗余运动副的运动,确定外骨骼和人体的位置和姿态.结果表明,在不同的轴线错位情况下,最优构型使外骨骼与人体能够实现相同的位置和姿态,有效克服了运动学不兼容性问题. 展开更多
关键词 人机相容性 机构合成 人机闭链 外骨骼机器人
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基于RBF神经网络的上肢柔性外骨骼机器人自适应复合控制
6
作者 门曦凯 郭朝 《控制工程》 北大核心 2025年第4期586-594,共9页
为了提高上肢外骨骼机器人关节的柔性,结合模块化串联弹性驱动器和鲍登线,提出了一种上肢柔性外骨骼机器人。针对鲍登线产生的非线性摩擦、外界未知扰动和模型不确定性,提出了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的... 为了提高上肢外骨骼机器人关节的柔性,结合模块化串联弹性驱动器和鲍登线,提出了一种上肢柔性外骨骼机器人。针对鲍登线产生的非线性摩擦、外界未知扰动和模型不确定性,提出了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的自适应复合控制器。该控制器采用扰动观测器和RBF神经网络自适应控制器对扰动进行估计和补偿,并通过滑模控制器实现上肢柔性外骨骼机器人的跟踪控制。此外,通过李雅普诺夫理论证明了该控制器的稳定性。仿真结果表明,与传统的比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制器和滑模控制器相比,所提控制器具有更好的扰动补偿能力、更高的跟踪控制精度和鲁棒性,实现了对上肢柔性外骨骼机器人的精准跟踪控制。 展开更多
关键词 上肢柔性外骨骼机器人 RBF神经网络 滑模控制 扰动观测器
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基于节律性动态运动基元的下肢外骨骼柔顺控制
7
作者 何龙 任敬伟 刘涛 《医用生物力学》 北大核心 2025年第4期948-954,共7页
目的 为解决下肢康复外骨骼在人机交互控制中的挑战,通过优化步态模式设计和柔顺控制策略,提升康复训练的安全性、舒适性和精确性。方法 利用节律性动态运动基元生成个性化步态轨迹,并结合导纳控制策略设计轨迹跟踪控制器。该控制器通... 目的 为解决下肢康复外骨骼在人机交互控制中的挑战,通过优化步态模式设计和柔顺控制策略,提升康复训练的安全性、舒适性和精确性。方法 利用节律性动态运动基元生成个性化步态轨迹,并结合导纳控制策略设计轨迹跟踪控制器。该控制器通过实时调节控制参数,引导患者步态接近期望轨迹,同时减少交互力矩,提高步态一致性,并确保康复训练的安全性和有效性。结果 3名受试者在下肢康复外骨骼设备上的行走实验结果表明,轨迹跟踪模式相较于透明模式,髋、膝关节角度轨迹均方误差分别从7.24°和13.25°降至3.01°和4.76°,平均绝对误差分别从6.35°和11.17°降至2.54°和3.50°。关节交互扭矩绝对平均值从3.55、3.42 N·m降至2.80、1.86 N·m。结果验证了轨迹跟踪控制器能够显著提高步态一致性和舒适性。结论 节律性动态运动基元结合柔顺控制策略在下肢康复外骨骼中的应用展现了广阔的潜力,为患者提供更安全、个性化的康复体验。 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼 动态运动基元 柔顺控制 人机交互 轨迹跟踪 步态
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协作助力机器人变阻尼导纳控制策略研究
8
作者 涂细凯 陆浩 +1 位作者 王一举 李肖 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第2期312-316,共5页
为了改善上肢外骨骼机器人辅助提升负载过程中的平稳性和助力效果,提出一种变阻尼导纳控制策略。针对传统固定参数导纳控制无法较好识别操作者的运动意图,提出依据人体肌肉表面肌电信号在线识别人体意图变化,建立了肌肉激活度模型和可... 为了改善上肢外骨骼机器人辅助提升负载过程中的平稳性和助力效果,提出一种变阻尼导纳控制策略。针对传统固定参数导纳控制无法较好识别操作者的运动意图,提出依据人体肌肉表面肌电信号在线识别人体意图变化,建立了肌肉激活度模型和可变阻尼的控制策略,从而使得外骨骼机器人根据人体意图变化动态响应。通过对比可变虚拟阻尼系数和固定虚拟阻尼系数两种导纳控制策略,在上肢外骨骼机器人辅助负载提升实验中,可变阻尼的方法生成了更平滑的运动轨迹,并且提供了更好的助力效果。最后通过量化平稳性和助力效果评价指标,证明了其在人机协作系统可行性和有效性。 展开更多
关键词 上肢外骨骼 变导纳控制 表面肌电 人机协作
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肌电和足压信息融合的外骨骼步态识别 被引量:4
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作者 汪步云 缪龙 +3 位作者 吴臣 杨鸥 张振 许德章 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期278-287,共10页
为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信... 为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信息的肌电信号与运动信息的足压信号相融合,构建了支持向量机-模糊C均值(support vector machine-fuzzy C-mean algorithm,SVM-FCM)多模信息融合的外骨骼助行步态识别算法;开展了人机协同助行实验,实验结果表明:信息融合后的人机步态相位平均识别率达到82.49%,优于使用单一信号的识别效果,验证了多模信息融合算法识别人机协同步态的有效性。本研究可用于下肢外骨骼机器人运动控制,为人机运动相融奠定基础。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 多模态信息感知 人机步态识别 SVM-FCM融合算法
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下肢外骨骼康复机器人仿真和试验分析
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作者 曲海军 李天亮 +7 位作者 刘建慧 秦小俊 杨永强 李强 王金武 倪国骅 赵东亮 王建平 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期115-124,共10页
目的为了帮助下肢运动障碍者进行有序康复训练,设计一种下肢外骨骼康复机器人,动力源驱动下肢交叉摆动模拟人类正常步态行走,实现双下肢协调运动,帮助下肢运动障碍者完成康复训练。方法建立外骨骼机器人三维模型、下肢外骨骼机器人D-H模... 目的为了帮助下肢运动障碍者进行有序康复训练,设计一种下肢外骨骼康复机器人,动力源驱动下肢交叉摆动模拟人类正常步态行走,实现双下肢协调运动,帮助下肢运动障碍者完成康复训练。方法建立外骨骼机器人三维模型、下肢外骨骼机器人D-H模型,对下肢外骨骼康复机器人进行正、逆运动学分析,并将模型导入ADAMS,创建运动副与驱动函数进行运动学仿真,在此基础上制作样机并进行动力学测试试验分析。结果正、逆运动学验证了外骨骼康复机器人空间运动的合理性,ADAMS运动仿真结果与理论计算具有良好一致性,从而保证设计的下肢外骨骼结构与穿戴者下肢同步协调。仿真分析发现理论计算和仿真的误差主要来源于驱动函数误差,动作误差最大为2.15 cm。试验验证髋关节、膝关节运动与参考输入运动具有一致性。但是运动存在误差,髋关节平均误差为5.57°,膝关节平均误差为5.45°,实验发现电机扭矩不足是引起运动误差的首要因素,其次是零件加工误差和装配误差。结论通过理论计算、仿真与试验分析验证了方案的可行性,发现驱动误差、零件加工精度和装配精度可带来误差。研究结果可为进一步完善机器人性能和研究康复机器人动力学影响因素提供基础和参数依据。 展开更多
关键词 康复 外骨骼机器人 ADAMS仿真 运动学 动力学试验
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基于改进涡流搜索算法的外骨骼迭代学习控制
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作者 钟佩思 张大卫 +1 位作者 张超 王晓 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期873-879,共7页
为提升康复外骨骼机器人的步态跟踪性能,提出一种基于改进涡流搜索算法的迭代学习控制方法。首先针对传统迭代学习控制抗扰性差和控制信息缺失问题,引入PD控制器、自适应遗忘因子、误差过渡曲线和控制信息搜索等策略,改进迭代学习控制律... 为提升康复外骨骼机器人的步态跟踪性能,提出一种基于改进涡流搜索算法的迭代学习控制方法。首先针对传统迭代学习控制抗扰性差和控制信息缺失问题,引入PD控制器、自适应遗忘因子、误差过渡曲线和控制信息搜索等策略,改进迭代学习控制律;其次,基于多种策略对涡流搜索算法进行改进,提出了一种改进涡流搜索算法,改进后的算法可优化迭代学习控制的PD参数;最后进行行走实验,将提出的迭代学习控制方法与现有的同类算法进行仿真和数值比较,并测试了扰动情况下的跟踪性能。实验结果表明,所提方法的误差更小,跟踪性能更强。该算法改进了迭代学习控制的不足,具有较强的抗扰性能,保证了使用时的稳定性。 展开更多
关键词 迭代学习控制 涡流搜索算法 步态跟踪 外骨骼机器人 轨迹过渡 参数优化
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外骨骼机器人可穿戴性能的设计现状及发展趋势 被引量:2
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作者 梁志 李俊 《服装学报》 CAS 北大核心 2024年第2期102-109,共8页
通过文献调查法,梳理了外骨骼机器人与人体结构的匹配情况及其在活动工效方面的应用成果,介绍了外骨骼机器人的基本类型及特点,重点分析外骨骼机器人研发中涉及的可穿戴性能优化设计方法及成效,总结展望其可穿戴性能设计的发展途径。研... 通过文献调查法,梳理了外骨骼机器人与人体结构的匹配情况及其在活动工效方面的应用成果,介绍了外骨骼机器人的基本类型及特点,重点分析外骨骼机器人研发中涉及的可穿戴性能优化设计方法及成效,总结展望其可穿戴性能设计的发展途径。研究认为,可以从分体式结构设计、轻量化设计、柔性化设计以及可调整结构设计4个方面对外骨骼机器人进行深入探讨和开发,从而更好地提升其可穿戴性能。 展开更多
关键词 外骨骼 机器人 可穿戴性 舒适性 设计
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下肢康复外骨骼机器人设计与性能分析 被引量:5
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作者 常佳辰 韩亚丽 +2 位作者 孙翰 史传棋 赵天 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期210-220,共11页
为了更好地辅助偏瘫患者的康复训练,设计了一种基于盘式电机驱动的下肢康复外骨骼机器人,并通过助力效果可视化研究与性能分析来验证其不同康复训练模式的有效性。首先,对下肢康复外骨骼机器人的结构进行了详细设计,并利用OpenSim软件... 为了更好地辅助偏瘫患者的康复训练,设计了一种基于盘式电机驱动的下肢康复外骨骼机器人,并通过助力效果可视化研究与性能分析来验证其不同康复训练模式的有效性。首先,对下肢康复外骨骼机器人的结构进行了详细设计,并利用OpenSim软件进行了人机耦合的生物力学分析。然后,开展了基于位置跟踪控制的被动康复训练实验以及抗阻康复训练实验并采集表面肌电信号,验证了所设计下肢康复外骨骼机器人在不同模式下辅助患者康复训练的有效性。结果表明,穿戴下肢康复外骨骼机器人能使人体膝关节的力矩减小50%左右;在被动康复训练实验中,跟随误差为-4°~8°,且人体下肢目标肌群的肌肉激活度呈明显的周期性变化;在抗阻康复训练实验中,人体下肢目标肌群的肌肉激活度随负重的增加而提高。所设计的下肢康复外骨骼机器人具有良好的灵敏性和跟随性,其被动及抗阻康复训练模式均有助于偏瘫患者下肢的康复,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼机器人 康复训练 生物力学分析 位置跟踪控制 肌肉激活度
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面向人本智造的工业外骨骼:挑战、进展和展望 被引量:1
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作者 程鼎豪 娄山河 +4 位作者 郑浩 胡炳涛 洪兆溪 冯毅雄 谭建荣 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4179-4197,共19页
以人为本是工业5.0的重要特征之一,实现以人为本的安全生产是工业5.0背景下人本智造的基本要求。工业生产中仍有部分场景离不开人的精细操作和智能决策,在这些场景中实现以人为本的安全生产可以保护工人安全和提高生产效率。工业外骨骼... 以人为本是工业5.0的重要特征之一,实现以人为本的安全生产是工业5.0背景下人本智造的基本要求。工业生产中仍有部分场景离不开人的精细操作和智能决策,在这些场景中实现以人为本的安全生产可以保护工人安全和提高生产效率。工业外骨骼可以帮助工人减轻身体负担和风险,提高安全生产的效率和可靠性。为促进我国工业外骨骼在汽车装配、电力维修、矿山施工等工业场景中更好地协助工人进行安全生产,总结了国内外工业外骨骼的研究进展,根据人所承担的工作不同将外骨骼划分为用于姿态保持的工业外骨骼和用于负载抬举的工业外骨骼,并围绕工业外骨骼的定制设计、考虑人因的外骨骼控制系统设计、人机信任关系、工业外骨骼信息感知、人机交互以及工业外骨骼变刚度驱动6个方面分析实现以人为本的安全生产关键技术,在此基础上对工业外骨骼实现安全生产的技术发展趋势进行了总结和展望。 展开更多
关键词 工业5.0 人本智造 安全生产 工业外骨骼 人机交互
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脑机接口结合外骨骼机器手对脑梗死患者手功能障碍的闭环康复效果 被引量:2
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作者 邹贵娣 陈小凯 +4 位作者 谭卉虹 李翊 李楠 曹叶凡 王鹤玮 《实用医学杂志》 CAS 北大核心 2024年第17期2395-2400,共6页
目的 观察基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手训练对脑梗死患者手功能恢复的疗效,并分析患者认知功能和内在运动想象能力对脑机接口识别率的影响。方法 选取50例脑梗死患者,随机分配至观察组和对照组,每组各25例。两组患者均... 目的 观察基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手训练对脑梗死患者手功能恢复的疗效,并分析患者认知功能和内在运动想象能力对脑机接口识别率的影响。方法 选取50例脑梗死患者,随机分配至观察组和对照组,每组各25例。两组患者均接受常规康复项目,观察组在此基础上额外接受脑机接口闭环康复训练。治疗前后比较两组患者的Fugl-Meyer运动功能量表上肢部分(FMA-UE)、手臂动作调查测试(ARAT)、WOLF运动功能评定(WMFT)和腕指屈肌肌张力的改良Ashworth评分(MAS)。干预前使用心理旋转测试和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)判断观察组患者基线内在运动想象能力和认知能力,分析影响脑机接口闭环康复疗效的相关因素。结果 两组患者治疗前各评分差异均无统计学意义(P> 0.05),干预后观察组FMA-UE、ARAT及WMFT的评分均较对照组提高,腕指屈肌MAS评分较对照组有所下降,差异有统计学意义(均P <0.05)。此外,脑机接口识别通过率与心理旋转试验正确率、MoCA认知功能评分呈正相关(P <0.05),与心理旋转试验反应时间呈负相关(P <0.05)。结论 基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手可以促进脑梗死患者上肢和手运动功能的恢复。同时,进行脑机接口干预前应对患者的内在运动想象能力以及认知功能进行筛查,以筛选适合接受训练的患者。 展开更多
关键词 脑梗死 脑机接口 外骨骼机器手 手功能障碍 运动想象
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基于卷积神经网络的肌电信号人体运动模式识别技术 被引量:1
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作者 刘亚丽 鲁妍池 +1 位作者 马勋举 宋遒志 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2144-2158,共15页
随着外骨骼机器人等肌电控制设备的快速发展,表面肌电信号此类非平稳、非周期信号在高性能运动识别系统中的应用已成为相关研究领域的重点。为实现肌电信号跨域特征融合,提出一种基于肌电信号的双卷积链神经网络模型,采集7块关键肌肉的... 随着外骨骼机器人等肌电控制设备的快速发展,表面肌电信号此类非平稳、非周期信号在高性能运动识别系统中的应用已成为相关研究领域的重点。为实现肌电信号跨域特征融合,提出一种基于肌电信号的双卷积链神经网络模型,采集7块关键肌肉的原始肌电信号,经特征提取,转化为能量核相图和离散小波变换系数特征图,分别输入双卷积链神经网络的卷积神经网络分支和MobileNetV2分支,利用融合模块提取高层隐藏特征并进行充分交互。制备包括以上两种特征图像和传统肌电信号图谱在内的3种数据集。3组交叉实验结果表明:所提方法对6种自测下肢运动的平均识别准确率达94.19%,显著优于其他特征组合与网络架构;在ENABL3S开源数据集识别7种下肢运动中取得98.32%的稳态识别准确率,进一步验证了所提方法优良的肌电特征捕捉能力和模式识别准确性。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 表面肌电信号 运动模式识别 双卷积链神经网络 能量核 小波变换分析
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面向柔性外骨骼机器人的纺织材料研究现状 被引量:1
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作者 顾娅 傅宏俊 《印染》 北大核心 2024年第1期79-84,共6页
基于纺织材料的柔性外骨骼机器人有效解决了刚性外骨骼机器人顺应性差、笨重、穿戴舒适性差等问题。文章介绍了柔性外骨骼机器人的发展现状,重点介绍了主要的驱动结构(包括线驱动、气动肌肉和液压驱动等),柔性外骨骼机器人主要采用的纺... 基于纺织材料的柔性外骨骼机器人有效解决了刚性外骨骼机器人顺应性差、笨重、穿戴舒适性差等问题。文章介绍了柔性外骨骼机器人的发展现状,重点介绍了主要的驱动结构(包括线驱动、气动肌肉和液压驱动等),柔性外骨骼机器人主要采用的纺织材料(形状记忆材料、电活性聚合物、碳纤维和水凝胶材料等),并剖析了纺织材料在柔性外骨骼领域应用所面临的困难,并提出了今后的发展方向。 展开更多
关键词 柔性外骨骼 纺织材料 可穿戴机器人
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外骨骼机器人助力效能测试方法及应用综述
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作者 刘亚丽 鲁妍池 +1 位作者 徐小龙 宋遒志 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2497-2519,共23页
外骨骼机器人在军事、医疗及工业等领域展现出广阔的应用前景,迫切需要一套科学的外骨骼助力效能测试评估体系,以实现对外骨骼研发、产品迭代及实际使用的指导与规范。为全面把握现有性能测试方法,进行CiteSpace可视化科学知识图谱分析... 外骨骼机器人在军事、医疗及工业等领域展现出广阔的应用前景,迫切需要一套科学的外骨骼助力效能测试评估体系,以实现对外骨骼研发、产品迭代及实际使用的指导与规范。为全面把握现有性能测试方法,进行CiteSpace可视化科学知识图谱分析与数据统计,围绕代谢成本评估、生物电信号评估、运动学与动力学参数评估、工况表现评估和综合评价模型5类常见评估方法进行综述,总结其关键指标与技术局限,并从评估理论深入与测试方法、候选评估集合建立方法、综合评价模型结构设计与指标赋权方法、多场景测试方法4个方面,对外骨骼效能评估技术的未来发展提出展望,对完善外骨骼评估体系、实现技术横向比较具有实际意义。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 助力效能测试 代谢成本 生物电信号 人体生物力学 综合评价模型
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外骨骼机器人使役环境中楼梯动态识别方法 被引量:1
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作者 代玉星 刘启明 +2 位作者 吴兴富 李子瑞 郭士杰 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第7期36-43,共8页
为了准确识别外骨骼机器人使役环境中楼梯特征,文中提出了一种基于机器视觉与超声波测距技术相结合的楼梯动态识别方法。首先,考虑到楼梯结构特征,在Faster R-CNN目标检测网络基础上结合霍夫变换算法建立楼梯识别模型;然后,采用超声波... 为了准确识别外骨骼机器人使役环境中楼梯特征,文中提出了一种基于机器视觉与超声波测距技术相结合的楼梯动态识别方法。首先,考虑到楼梯结构特征,在Faster R-CNN目标检测网络基础上结合霍夫变换算法建立楼梯识别模型;然后,采用超声波传感器获取外骨骼人机系统至楼梯的距离,基于测量值和预定义的判别准则进行楼梯上下行的判别;最后,在不同光线和几种特殊情况下分别进行了上下楼梯识别试验。试验结果表明:将视频输入到识别模型中得到了较好的动态识别效果,相比于原始的Faster R-CNN模型,在正常光线下楼梯识别率从82.5%提高到了96.17%,在特殊情况下也具有较高的识别鲁棒性;此外,楼梯上下行准确判别率为96.67%。文中研究为外骨骼机器人智能控制和决策提供了依据和数据支撑,对提高人机系统协调性、外骨骼助力高效性和安全舒适性具有重要意义。 展开更多
关键词 楼梯动态识别 机器视觉 超声波技术 外骨骼机器人 环境感知
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基于注意力机制的CNN-LSTM网络下肢膝关节角度预测
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作者 汤璐 杨玺霖 +2 位作者 王祥瑞 胡倩媛 郑辉 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2024年第4期996-1008,共13页
解析膝关节运动意图是实现下肢外骨骼机器人穿戴舒适性的核心。神经系统疾病患者常伴有下肢运动障碍,通过表面肌电信号对其进行运动评估。为实现上述患者在运动评估与关节角度预测的融合,本文提出一种新型的基于注意力机制的CNN-LSTM网... 解析膝关节运动意图是实现下肢外骨骼机器人穿戴舒适性的核心。神经系统疾病患者常伴有下肢运动障碍,通过表面肌电信号对其进行运动评估。为实现上述患者在运动评估与关节角度预测的融合,本文提出一种新型的基于注意力机制的CNN-LSTM网络模型,通过10通道表面肌电信号实现水平行走、上坡和上楼梯时3种日常运动膝关节角度预测,其预测误差指标均方根误差(Root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)和决定系数(R^(2))均值分别为2.74、2.50和0.97,均优于传统网络模型。进一步,通过消融实验,显示上述3个预测指标分别平均下降了20.47%、34.36%和6.59%。可见,本文提出的基于注意力机制的CNN-LSTM模型端到端预测方法具有最高的预测精度,为下肢外骨骼机器人系统的人机交互控制方案提供了参考。 展开更多
关键词 表面肌电信号 CNN-LSTM模型 注意力机制 关节角度预测 外骨骼机器人
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