可穿戴柔性上肢外骨骼的研究进展与展望 被引量：2

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作者 戴一鸣 陈嘉琛 +2 位作者 刘晨东 杨大鹏 赵京东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-16,共16页

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍... 为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍。此外,它们有能力通过额外的动力和功能来恢复或增强人类的运动能力。可穿戴柔性外骨骼作为一种新兴的外骨骼发展方向,相较于传统的刚性外骨骼,具有结构柔顺、人机交互性好和穿戴舒适性好等明显优势。首先,本研究结合柔性上肢外骨骼的3种主要驱动方式(绳驱、气动、形状记忆合金),详细解析不同驱动方式的相关研究成果和相应结构特点。然后,从结构、材料、控制、辅助4个方面分析和阐述如今柔性上肢外骨骼面临的关键技术挑战。最后,结合外骨骼在不同领域应用的需求,推测未来柔性上肢外骨骼技术将向灵活化、舒适化、顺应化、智能化方向发展。研究表明,可穿戴柔性上肢外骨骼的技术尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,新型的柔性执行器,柔性传感器等可为关键技术难题的突破提供参考。 展开更多

关键词 可穿戴外骨骼 柔性上肢外骨骼 人机交互 研究现状 发展趋势

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穿戴式上肢外骨骼康复机器人发展现状分析 被引量：8

2

作者 朱纯煜 李素姣 +1 位作者 喻洪流 张西正(审校) 《生物医学工程与临床》 CAS 2021年第3期375-380,共6页

随着人口老龄化程度的日益加深,脑卒中患者逐年增多,康复训练目前已成为治疗脑卒中致残的最为有效方法之一。穿戴式上肢外骨骼康复机器人因其体积小、质量轻,便携性好,不但能够满足患者居家康复训练的需求,也可以辅助患者实现生活自理,... 随着人口老龄化程度的日益加深,脑卒中患者逐年增多,康复训练目前已成为治疗脑卒中致残的最为有效方法之一。穿戴式上肢外骨骼康复机器人因其体积小、质量轻,便携性好,不但能够满足患者居家康复训练的需求,也可以辅助患者实现生活自理,在各类康复设备中具有明显的优势。文章在此背景下详细阐述了目前穿戴式上肢外骨骼康复机器人发展历程中所涉及的关键技术,分别从驱动系统、传动机构、训练模式、主动控制方案及自由度等5个方面分析了各类方案的特点与适用环境,并根据现有技术的发展现状应用对其进行比较。最后分析提出了穿戴式上肢外骨骼康复机器人未来将向多自由度、轻量化、自适应助力、弹性与变刚度驱动等方向的发展。 展开更多

关键词 上肢外骨骼 康复机器人 康复训练 机械设计 发展现状分析

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一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

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作者 姚玉龙 李宪华 +2 位作者 林凤涛 徐玉杰 贾小宇 《佳木斯大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第1期72-76,共5页

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节... 针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。 展开更多

关键词 上肢康复外骨骼机器人 结构设计 运动学 张力分析 动力学仿真

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消防水枪辅助支撑外骨骼的设计与可靠性分析

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作者 李艳志 白小龙 王建敏 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2024年第10期1459-1465,共7页

针对当前消防工作场景中消防员需要长时间托举水枪导致身体容易疲劳这一问题,研制了消防水枪外骨骼。在初步完成外骨骼的受力结构设计后,为验证受力结构在工作时的可靠性,使用ABAQUS仿真软件对其进行应力应变分析。有限元计算结果显示,... 针对当前消防工作场景中消防员需要长时间托举水枪导致身体容易疲劳这一问题,研制了消防水枪外骨骼。在初步完成外骨骼的受力结构设计后,为验证受力结构在工作时的可靠性,使用ABAQUS仿真软件对其进行应力应变分析。有限元计算结果显示,由于开启水枪的瞬间会产生较大冲击载荷,此时外骨骼在水枪冲击作用下会产生工作状态时最大应力,在工作状态下,外骨骼危险部件的最大应力为1.639×10^(-2)MPa,最大形变为4.835×10^(-3)mm,均在合理安全的数值范围内。在验证外骨骼具有较高可靠性后,对其进行总体设计,详细阐述受力结构以及非受力的功能性部分的设计完善。在实物测试中,对比不穿戴外骨骼进行灭火作业时,消防员在穿戴外骨骼进行灭火作业时明显感受到托举水枪的小臂受到的负载减轻,身体左右两侧肌肉发力更为均衡。利用生物力学分析,分析穿戴外骨骼前后进行消防作业时人体多个关节和肌肉部分的受力情况,结果表明,穿戴外骨骼后,关节受力情况均有所改善,肌肉激活度有所下降。 展开更多

关键词 消防装备 上肢外骨骼 有限元仿真 可靠性分析 生物力学仿真

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一种上肢搬运助力外骨骼结构设计与运动学分析

5

作者 刘冠勋 尚雅层 +1 位作者 来跃深 常宏 《西安工业大学学报》 CAS 2023年第2期120-126,共7页

为解决传统搬运外骨骼人灵活性低、人机运动协同差的问题,文中设计了一种两连杆串联式5DOF肩部运动自适应跟随上肢搬运助力外骨骼,对其进行了运动学分析,提出了一种基于人机交互数学模型和运动空间比较法的结构尺寸优化方法,并进行了运... 为解决传统搬运外骨骼人灵活性低、人机运动协同差的问题,文中设计了一种两连杆串联式5DOF肩部运动自适应跟随上肢搬运助力外骨骼,对其进行了运动学分析,提出了一种基于人机交互数学模型和运动空间比较法的结构尺寸优化方法,并进行了运动灵活性实验。研究结果表明:文中优化方法可以对结构参数进行有效优化,优化后串联式两连杆长度降低75%。结构人机协同性良好,人体穿戴/未穿戴外骨骼条件下肩部上提/下落、外展/内收轨迹皮尔逊相关系数分别为0.99、0.96,可实现上肢运动作有效跟随。 展开更多

关键词 上肢外骨骼 结构设计 运动学分析 尺寸优化

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面向上肢的外骨骼驱动器综述 被引量：2

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作者 丁志远 方礼贤 +2 位作者 陈浩 任雨菲 杨雨昕 《科技创新与应用》 2019年第19期35-38,共4页

首先阐述了上肢外骨骼研究的背景和意义;接着总结了国内外上肢外骨骼的研究现状,分析了几种典型的上肢外骨骼助力器的特性和功能;然后从机构设计和驱动设计两方面分析了上肢外骨骼机器人的设计要点,再以弹性驱动器为例介绍了仿生驱动器... 首先阐述了上肢外骨骼研究的背景和意义;接着总结了国内外上肢外骨骼的研究现状,分析了几种典型的上肢外骨骼助力器的特性和功能;然后从机构设计和驱动设计两方面分析了上肢外骨骼机器人的设计要点,再以弹性驱动器为例介绍了仿生驱动器的概念;最后结合人工智能技术,对上肢外骨骼的发展前景进行了展望。 展开更多

关键词 仿生驱动器 上肢外骨骼 机器人

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一种上肢助力外骨骼机器人运动相容性评价方法

7

作者 朱超 许德章 《佳木斯大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第6期57-62,159,共7页

针对穿戴上肢助力外骨骼运动相容性难以量化的问题,提出了一种运动相容性评价方法。首先采用D-H参数法建立了上肢外骨骼的运动学模型,开展运动学分析。其次为了探究人与外骨骼在运动中存在的偏差,建立联合仿真模型,利用虚拟样机仿真技术... 针对穿戴上肢助力外骨骼运动相容性难以量化的问题,提出了一种运动相容性评价方法。首先采用D-H参数法建立了上肢外骨骼的运动学模型,开展运动学分析。其次为了探究人与外骨骼在运动中存在的偏差,建立联合仿真模型,利用虚拟样机仿真技术,得到人机交互运动过程的角度偏差及位移偏差。最后提出了四项运动相容性评价指标,表征了上肢外骨骼各关节的运动相容性,验证了该评价方法的合理性。外骨骼运动相容性的研究,有利于开发出舒适性较好的产品。 展开更多

关键词 上肢外骨骼 运动学建模 ADAMS仿真 运动相容性评价

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外骨骼式上肢康复训练机器人设计

8

作者 陈凯伦 徐昶 《科学技术创新》 2017年第15期41-41,共1页

简要介绍了外骨骼式上肢康复训练机器人外观设计背景及目的,进行了设计调研及设计定位,并提出了外观设计的三个方案,通过比较,选用体验更为舒适的方案设计。

关键词 外骨骼式上肢康复训练机器人 设计 方案

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新型可穿戴上肢康复机构的设计与分析 被引量：7

9

作者 郭盛 马可 王向阳 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期132-140,共9页

为辅助上肢功能障碍患者进行康复训练,结合串联及并联机构优势,综合考虑人体穿戴舒适性,并基于人体上肢运动机理及参数,采用混联方法设计了一种新型可穿戴上肢康复训练机构.该机构可慢速运动带动患者手臂进行定轨迹康复训练.使用矢量环... 为辅助上肢功能障碍患者进行康复训练,结合串联及并联机构优势,综合考虑人体穿戴舒适性,并基于人体上肢运动机理及参数,采用混联方法设计了一种新型可穿戴上肢康复训练机构.该机构可慢速运动带动患者手臂进行定轨迹康复训练.使用矢量环路法建立机构刚体部分的运动学模型,并对机构刚体部分进行了运动静力学分析,得到机构运动状态与所需驱动力之间的理论关系.在仿真环境Adams中开展了运动学及运动静力学仿真.最后,以一典型康复动作为例,对比其运动学、运动静力学的理论解及仿真数值解.结果表明,理论解曲线和仿真曲线走势相同,误差在合理范围内,验证了运动静力学模型的正确性. 展开更多

关键词 上肢外骨骼 康复机器人 机构设计 运动静力学

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基于sEMG的上肢关节角度预测方法研究 被引量：1

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作者 孔德智 王文东 +1 位作者 郭栋 史仪凯 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期764-770,共7页

针对康复训练过程人机交互性差、人机耦合不足的问题,提出上肢关节角度预测模型并完成实验验证。基于表面肌电信号(sEMG)获得可良好表征上肢运动意图的混合向量;完成信号的预处理、特征优化并提取时域特征值;针对当前运动控制领域模型... 针对康复训练过程人机交互性差、人机耦合不足的问题,提出上肢关节角度预测模型并完成实验验证。基于表面肌电信号(sEMG)获得可良好表征上肢运动意图的混合向量;完成信号的预处理、特征优化并提取时域特征值;针对当前运动控制领域模型预测精度不理想、预测速度较慢的问题,采用最小二乘支持向量机(LSSVM)方法实现上肢关节角度预测。实验结果证明提出的预测模型可根据表面肌电信号与姿态信息良好地预测人体上肢关节运动轨迹,有效减少预测时滞与误差,在提升人机耦合性方面具有一定的优越性。 展开更多

关键词 上肢外骨骼 表面肌电信号 最小二乘支持向量机 连续运动估计

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气动肌肉驱动关节轨迹跟踪的自适应鲁棒控制 被引量：4

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作者 李顺利 孟德远 +2 位作者 杨林 李艾民 唐超权 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期134-143,共10页

设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人。为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器。该控制器呈两层级联结构,每层均包含一... 设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人。为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器。该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项。通过Lyapunov函数证明所设计控制器的稳定性,并结合实验分析参数自适应及快速动态补偿项的作用。实验结果表明,设计的控制器具有良好的暂态及稳态性能,跟踪不同行程的轨迹时,系统运行平稳,颤振很小,特别是跟踪幅值为15 mm正弦信号时,其暂态最大绝对跟踪误差为0.94 mm,稳态跟踪误差均方差为0.21 mm,几乎没有颤振现象。干扰测试实验进一步证明所设计的自适应鲁棒控制器继承了传统鲁棒控制器的抗干扰能力。 展开更多

关键词 气动肌肉 上肢外骨骼助力机器人 鲁棒控制 参数自适应 系统不确定性

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