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兼具柔顺与安全的助行机器人运动控制研究 被引量:12
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作者 徐文霞 黄剑 +2 位作者 晏箐阳 王永骥 陶春静 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期1859-1873,共15页
针对助行机器人的柔顺性和安全性问题,基于多传感器系统融合技术,本文提出了一种能够兼具柔顺与安全的助行机器人运动控制方法.首先介绍了助行机器人的机械结构、控制原理以及多传感器系统,然后根据机器人多传感器系统,设计出各传感器... 针对助行机器人的柔顺性和安全性问题,基于多传感器系统融合技术,本文提出了一种能够兼具柔顺与安全的助行机器人运动控制方法.首先介绍了助行机器人的机械结构、控制原理以及多传感器系统,然后根据机器人多传感器系统,设计出各传感器相对应的用户意图估计方法,提出了一种基于多传感器融合的助行机器人柔顺运动控制算法.分析用户可能发生的跌倒模式,使用基于卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)的序贯概率比检验(Sequential probability ratio test,SPRT)方法和决策函数来判断用户是否会跌倒,并判断处于哪种跌倒模式.最后,通过助行机器人柔顺运动控制实验和用户跌倒检测实验验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 助行机器人 跌倒检测 力传感器 激光传感器 柔顺性
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基于SET与FAHP的老年人助行机器人创新设计 被引量:21
2
作者 石元伍 陈旺 《机械设计》 CSCD 北大核心 2016年第10期116-120,共5页
为应对日益严重的老龄化问题,对老年人助行机器人进行创新设计以更符合老年人的生活需求。对现有助行机器人的目标用户和产品现状进行了调研,分析其SET因素以发现产品机会缺口;为保证创新设计的目标用户满意度,引入模糊层次分析法对调... 为应对日益严重的老龄化问题,对老年人助行机器人进行创新设计以更符合老年人的生活需求。对现有助行机器人的目标用户和产品现状进行了调研,分析其SET因素以发现产品机会缺口;为保证创新设计的目标用户满意度,引入模糊层次分析法对调研所得用户需求进行权重计算;结合相关技术并利用Rhino三维软件进行了老年人助行机器人概念设计,为相关产品的创新开发提供思路和参考。 展开更多
关键词 工业设计 助行机器人 SET因素 模糊层次分析法 老龄化问题
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下肢外骨骼助行机器人研究现状及发展趋势 被引量:20
3
作者 刘会勇 赵青 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第8期146-148,151,共4页
随着科学技术的进步和人们对于增强自身能力的渴望,下肢外骨骼助行机器人已成为国内外"人机一体化"的一个重要研究方向。根据研究工作积累和文献资料调研,总结了国内外主要研究机构对于下肢外骨骼助行机器人的研究现状,分析... 随着科学技术的进步和人们对于增强自身能力的渴望,下肢外骨骼助行机器人已成为国内外"人机一体化"的一个重要研究方向。根据研究工作积累和文献资料调研,总结了国内外主要研究机构对于下肢外骨骼助行机器人的研究现状,分析了下肢外骨骼助行机器人研制需要解决的关键技术,对下肢外骨骼助行机器人的发展趋势进行了预测。研究工作表明:下肢外骨骼助行机器人在穿戴性、智能化以及便携性等方面都有了突破性的发展,但是应当加强对微型能源、轻质便携材料、多功能系统等的研究和开发,才能广泛应用于军事、科考、旅游、交通、救灾等领域。 展开更多
关键词 人机一体化 下肢 外骨骼 助行机器人
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六连杆助行机器人生理学运动规划研究 被引量:4
4
作者 张立勋 伊蕾 白大鹏 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期830-835,共6页
针对六连杆助行机器人助行过程中的运动协调问题,基于人体生理学步态信息进行了机器人运动规划研究。利用步态检测系统,获取了正常人行走过程中双腿髋、膝、踝关节的运动信息,骨盆中心前进方向的速度信息。基于检测结果拟合了人机系... 针对六连杆助行机器人助行过程中的运动协调问题,基于人体生理学步态信息进行了机器人运动规划研究。利用步态检测系统,获取了正常人行走过程中双腿髋、膝、踝关节的运动信息,骨盆中心前进方向的速度信息。基于检测结果拟合了人机系统末端的速度函数,根据机构及人机系统运动学模型规划了曲柄及移动单元的速度,同时通过优化人机间的最优尺寸关系规划了骨盆运动速度。利用MATLAB软件对助行过程系统的运动特性进行了仿真分析,并通过物理样机对助行机器人生理学运动规划进行了实验研究。研究结果表明:助行机器人能够按正常行走步态规律实现助行功能,运动轨迹正确,步态连续。 展开更多
关键词 助行机器人 步态检测 运动规划 实验研究
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一种轮椅式下肢助行机器人的设计及运动学仿真分析 被引量:3
5
作者 白大鹏 张立勋 于彦春 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2010年第12期1176-1178,共3页
目的:设计一种轮椅式下肢助行机器人,以协助下肢患者进行日常的助行康复训练。方法:利用升降机构和腿部助力机构来完成对下肢患者的助行康复训练,并通过MATLAB软件对腿部助力机构进行了运动学仿真分析。结果:仿真结果表明,在腿部助力机... 目的:设计一种轮椅式下肢助行机器人,以协助下肢患者进行日常的助行康复训练。方法:利用升降机构和腿部助力机构来完成对下肢患者的助行康复训练,并通过MATLAB软件对腿部助力机构进行了运动学仿真分析。结果:仿真结果表明,在腿部助力机构的带动下,患者腿部的运动规律符合正常人行走时的步态特征曲线。结论:证明了机构设计的合理性,可以用于下肢患者的助行训练。 展开更多
关键词 助行机器人 下肢 MATLAB仿真
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老年人助行机器人创新设计研究 被引量:6
6
作者 石元伍 陈旺 《包装工程》 CAS 北大核心 2017年第16期97-101,共5页
目的研究老龄化背景下辅助居家养老的助行机器人设计。方法在对助行机器人研究现状和功能需求调查的基础上,结合家庭社交和智能家居发展趋势,分析现有助行机器人存在的问题并提出总体功能设计,引入老年人行动意图和摔倒趋势预判技术、... 目的研究老龄化背景下辅助居家养老的助行机器人设计。方法在对助行机器人研究现状和功能需求调查的基础上,结合家庭社交和智能家居发展趋势,分析现有助行机器人存在的问题并提出总体功能设计,引入老年人行动意图和摔倒趋势预判技术、健康监测与远程报警技术及其与智能家居的融合,对功能设计进行验证。结论老年人需求会随着社会发展产生新的变化,对于辅助老人独立生活的助行机器人的设计要结合新趋势、新技术开发新的辅助功能或体验,满足独居老人的生理及心理需求,构建更全面的居家养老生活图景。 展开更多
关键词 老龄化 助行机器人 动意图识别 健康监测 智能家居
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下肢外骨骼助行机器人驱动系统分析 被引量:6
7
作者 刘会勇 赵青 《机床与液压》 北大核心 2013年第13期168-171,共4页
下肢外骨骼助行机器人驱动系统的性能对于保证穿戴者和机器人之间的相互协调并真正实现"人机一体化"至关重要。简要分析了人体下肢运动机制,介绍下肢外骨骼助行机器人驱动系统研究现状,并且对各种不同的下肢外骨骼助行机器人... 下肢外骨骼助行机器人驱动系统的性能对于保证穿戴者和机器人之间的相互协调并真正实现"人机一体化"至关重要。简要分析了人体下肢运动机制,介绍下肢外骨骼助行机器人驱动系统研究现状,并且对各种不同的下肢外骨骼助行机器人驱动系统进行分析,为下肢外骨骼助行机器人驱动系统的设计提供参考。 展开更多
关键词 下肢 外骨骼 助行机器人 驱动系统 人机一体化
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用于助老助行机器人驱动控制的触滑觉检测识别方法 被引量:3
8
作者 魏晓娟 张小栋 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2014年第A01期156-158,共3页
针对老年人的生理特征,以及其对操作助行机器人的舒适度和掌控感的技术需求,提出一种用于助老助行机器人驱动控制的触滑觉检测识别方法。首先,在提出助老助行机器人触滑觉驱动控制系统方案的基础上,设计开发了助老助行机器人系统;进而,... 针对老年人的生理特征,以及其对操作助行机器人的舒适度和掌控感的技术需求,提出一种用于助老助行机器人驱动控制的触滑觉检测识别方法。首先,在提出助老助行机器人触滑觉驱动控制系统方案的基础上,设计开发了助老助行机器人系统;进而,研究讨论了用于驱动控制模式识别的触滑觉信号的特征表示与提取方法,提出一种采用聚类中的K-均值和分类中的K近邻算法相结合的改进分类识别方法;最后,通过大量的在线及离线实验分析,结果表明:所研究的触滑觉检测识别方法是有效的,它能够实现助老助行机器人的触滑觉驱动控制。 展开更多
关键词 触滑觉传感器 聚偏氟二烯 模式识别 助行机器人
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基于多传感器数据融合的助行机器人防摔倒技术研究 被引量:4
9
作者 张玉叶 《现代电子技术》 北大核心 2015年第14期36-38,41,共4页
助行机器人为行动不便的老年人提供了身体支撑和行走辅助。在此设计的助行机器人防老年人摔倒系统将人体在站立、行走、摔倒等状态所获得的触滑觉信号、角速度信号、加速度信号作为神经网络的训练样本和试验样本。首先在信息层将一种传... 助行机器人为行动不便的老年人提供了身体支撑和行走辅助。在此设计的助行机器人防老年人摔倒系统将人体在站立、行走、摔倒等状态所获得的触滑觉信号、角速度信号、加速度信号作为神经网络的训练样本和试验样本。首先在信息层将一种传感器采集的单一信号送入局部决策器,进行局部处理后再送入融合中心综合决策,形成多传感器数据融合的防摔预测研究,并进行了相关仿真。仿真结果表明该系统可靠,对实现满足老年人在户外独立、安全行走需求的机器人开发提供理论及实验依据。 展开更多
关键词 助行机器人 多传感器 数据融合 BP神经网络
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助行机器人助行机构动力学分析及实验研究
10
作者 张立勋 白大鹏 伊蕾 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期66-73,共8页
为帮助下肢功能障碍患者实现正常的行走功能,为助行机器人设计了一种双曲柄摇杆形式的助行机构,该机构仅使用一个驱动元件实现其运动控制,且能够实现行走过程中大腿和小腿之间的协调运动关系。在助行机构力学分析的基础上,利用联立... 为帮助下肢功能障碍患者实现正常的行走功能,为助行机器人设计了一种双曲柄摇杆形式的助行机构,该机构仅使用一个驱动元件实现其运动控制,且能够实现行走过程中大腿和小腿之间的协调运动关系。在助行机构力学分析的基础上,利用联立约束法建立了该助行机构的动力学模型,进行了其运动学和动力学仿真分析,进而得到了其带动人体行走时一个步态周期内下肢关节转角、下肢运动轨迹及助行机构所需的控制力矩,为助行机构设计和控制系统驱动装置的优化设计提供了依据。并通过物理样机进行了助行训练的实验研究。仿真分析和实验研究结果均表明:在助行机构的带动下,受试者下肢的运动规律符合正常人行走时的步态特征,运动轨迹正确,步态连续。 展开更多
关键词 助行机器人 动力学 康复训练 力学分析
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穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究 被引量:20
11
作者 霍金月 喻洪流 +3 位作者 王峰 倪伟 王多琎 胡冰山 《中国康复理论与实践》 CSCD 北大核心 2019年第4期481-486,共6页
目的提出一种新型轻量化穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统,探究其辅助步态紊乱者和T4脊髓节段以下损伤的截瘫患者(排除双下肢肌痉挛和明显疼痛者)实现行走及姿态变换康复训练的可行性。方法设计髋关节双电机主动驱动,膝关节被动四连杆模... 目的提出一种新型轻量化穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统,探究其辅助步态紊乱者和T4脊髓节段以下损伤的截瘫患者(排除双下肢肌痉挛和明显疼痛者)实现行走及姿态变换康复训练的可行性。方法设计髋关节双电机主动驱动,膝关节被动四连杆模拟人体运动瞬心变化的主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人结构,基于模块化设计思想,提出以STM32F767IGT6及外围电路为主控制器,包含姿态采集、电源和拐杖模块的控制系统。以正常人穿戴该外骨骼机器人进行平地、斜坡及姿态变换实验,分析运动过程中髋、膝、踝关节角度,并对比正常人穿戴和未穿戴该机器人股外侧肌和股内侧肌的肌电信号。结果穿戴者可实现仅基于该外骨骼机器人系统辅助的坐下-站立姿态变换以及平地/斜坡行走,且髋、膝、踝关节角度与正常人行走变化趋势基本一致,穿戴该机器人相比未穿戴行走时,股外侧肌和股内侧肌肌电信号均降低。结论该主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人在仅髋关节两个电机驱动下,依然可实现行走及姿态变换的康复训练,验证了髋关节双电机主动驱动、膝关节被动四连杆结构的下肢外骨骼助行机器人系统帮助截瘫患者和步态紊乱者行走康复的可行性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼助行机器人 走康复
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一种平地楼梯两用助行机器人的建模与仿真分析 被引量:3
12
作者 刘娟秀 吴益飞 +2 位作者 郭健 李睿 陈庆伟 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期344-350,共7页
为解决老年人和残疾人出行不便的问题,提出了一种平地楼梯两用的助行机器人设计方案,采用轮足式结构实现爬楼梯功能.用R.Morales方法进行正、逆运动学分析,计算出机器人质心及各关节位移轨迹.用RobersonWittenburg方法推导出系统的动力... 为解决老年人和残疾人出行不便的问题,提出了一种平地楼梯两用的助行机器人设计方案,采用轮足式结构实现爬楼梯功能.用R.Morales方法进行正、逆运动学分析,计算出机器人质心及各关节位移轨迹.用RobersonWittenburg方法推导出系统的动力学方程,将逆运动学解代入动力学模型中求得各关节所需的驱动力矩.同时在ADAMS中建立虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真,得到的机器人质心位移轨迹和各关节驱动力矩与MATLAB的计算结果一致,验证了设计方案的可行性和理论推导的正确性. 展开更多
关键词 助行机器人 运动学 动力学 ADAMS仿真 模型验证
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助行机器人系统设计 被引量:6
13
作者 方芳 周武啸 韦巍 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2010年第8期120-122,128,共4页
提出了一种由行走意图引导和动力驱动的搀扶助行机器人系统ZJU Walker,该机器人系统能够为使用者提供身体支撑、行走辅助,并同时保证行走过程的安全性和舒适性。系统采用扭矩传感器作为人机接口感知使用者行走意图,并通过加速度传感器... 提出了一种由行走意图引导和动力驱动的搀扶助行机器人系统ZJU Walker,该机器人系统能够为使用者提供身体支撑、行走辅助,并同时保证行走过程的安全性和舒适性。系统采用扭矩传感器作为人机接口感知使用者行走意图,并通过加速度传感器监测使用者行走步态,采用共享控制的方法结合行走意图以及由超声波传感器、红外测距传感器检测到的环境信息控制机器人的运动。介绍了机器人系统的总体框架、传感器系统以及运动控制算法的设计,并给出了实验数据以证明机器人系统的有效性。 展开更多
关键词 助行机器人 传感系统 控制系统
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基于CMAC神经网络的智能助行机器人在线学习控制(英文) 被引量:4
14
作者 冯东 周武啸 许力 《控制工程》 CSCD 北大核心 2013年第2期295-300,共6页
为了使老年人能够独立、安全、舒适地行走于户外环境,针对自行开发的智能助行机器人ZJU Walker,提出一种基于CMAC神经网络的在线学习控制算法。CMAC神经网络模拟人的小脑结构,具有学习速度快、结构简单等特点。采用CMAC神经网络对用户... 为了使老年人能够独立、安全、舒适地行走于户外环境,针对自行开发的智能助行机器人ZJU Walker,提出一种基于CMAC神经网络的在线学习控制算法。CMAC神经网络模拟人的小脑结构,具有学习速度快、结构简单等特点。采用CMAC神经网络对用户的行走习惯进行关联记忆和在线学习,并理解用户的行走意图。实验结果验证了所提方法的有效性,使助行机器人更加易于使用,提高了用户在使用过程中的舒适度。 展开更多
关键词 助行机器人 智能 CMAC 控制
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助行机器人导航与远程监护系统的设计与实现 被引量:4
15
作者 李传格 韦巍 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第10期112-114,共3页
针对助行机器人在室外未知环境中的导航需求,分析了不同导航方式的优缺点,设计并实现基于全球定位系统(GPS)的机器人定位导航系统。详细地描述了室外环境地图的创建过程和地图精度的控制。为了提高定位的精度,利用地图匹配修正GPS定位误... 针对助行机器人在室外未知环境中的导航需求,分析了不同导航方式的优缺点,设计并实现基于全球定位系统(GPS)的机器人定位导航系统。详细地描述了室外环境地图的创建过程和地图精度的控制。为了提高定位的精度,利用地图匹配修正GPS定位误差,同时融合机器人实时速度数据,得到最终的机器人位置。在机器人定位的基础上,实现助行机器人的半自主或手动的导航模式。同时,通过GSM/GPRS无线传输系统,将机器人的实时数据传输到监控设备,实现远程监护功能。实验表明:导航与远程监护系统能实现准确可靠的定位导航和实时的远程监护。 展开更多
关键词 助行机器人 定位导航 远程监护 全球定位系统 通用分组无线业务
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基于多模态步行意图识别的助行机器人柔顺控制 被引量:9
16
作者 赵东辉 王威 +2 位作者 张紫涵 杨子豪 杨俊友 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期205-215,共11页
在辅助行走或步行康复训练过程中,助行机器人在紧密跟随人体步态的基础上,准确识别异常行为是人机交互的重要研究内容。为此,提出一种兼具通用性、鲁棒性与便捷性的非接触式多模态步行意图识别方法,能够准确识别多种步态并柔顺地控制机... 在辅助行走或步行康复训练过程中,助行机器人在紧密跟随人体步态的基础上,准确识别异常行为是人机交互的重要研究内容。为此,提出一种兼具通用性、鲁棒性与便捷性的非接触式多模态步行意图识别方法,能够准确识别多种步态并柔顺地控制机器人运行。首先,分析了步行辅助机器人和步行康复训练机器人的结构、功能与运动学模型,建立了内嵌式机载步态信息检测系统,从而准确描述步态变化规律;其次,为有效解决标志点丢失问题,提出了一种新型的扩展集员滤波算法来精确估计膝关节角度;最后,通过引入用户步态信息,建立了一种基于步态补偿的柔性控制方法并进行了实验研究。实验表明,提出的算法能够在有效克服标记点丢失的情况下,准确识别交互过程中的正常步态,并柔顺地控制机器人运动,同时对跌倒和拖拽步态进行有效识别,识别率分别达到91.3%和89.3%。该非接触式步态意图识别方法可以应用于具有类似结构的助行器及其日常助行与康复训练场景。 展开更多
关键词 助行机器人 柔顺控制 拖拽步态 标记点丢失 非接触检测
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老年助行机器人结构设计与仿真 被引量:1
17
作者 姜海楠 《农业装备与车辆工程》 2023年第4期135-138,共4页
设计了一款老年助行机器人,通过对现存的机器人结构出现的问题进行分析,结合了老年人的具体身体情况,设计了一款由直线电机和驱动电机共同作用的助行机器人。所设计的助老机器人只需要一个直线电机就可以实现辅助行走和电动轮椅两种模... 设计了一款老年助行机器人,通过对现存的机器人结构出现的问题进行分析,结合了老年人的具体身体情况,设计了一款由直线电机和驱动电机共同作用的助行机器人。所设计的助老机器人只需要一个直线电机就可以实现辅助行走和电动轮椅两种模式的转换。仿真结果满足要求,可以帮助腿脚不便人群的日常出行。 展开更多
关键词 助行机器人 结构设计 电机 升降结构
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助行康复机器人人机交互设计研究综述 被引量:7
18
作者 许彧青 《包装工程》 CAS 北大核心 2020年第8期1-7,I0006,共8页
目的对助行康复机器人人机交互设计研究进行归纳整理、综合分析、评述与展望,以期为相关研究提供参考及借鉴。方法以人机交互设计方法为基础,通过文献研究法和定性研究法等对助行康复机器人的分类、人机交互控制策略与人机交互界面设计... 目的对助行康复机器人人机交互设计研究进行归纳整理、综合分析、评述与展望,以期为相关研究提供参考及借鉴。方法以人机交互设计方法为基础,通过文献研究法和定性研究法等对助行康复机器人的分类、人机交互控制策略与人机交互界面设计进行综述。结论指明了按功能、人机运动关联、步态训练区域和结构等助行康复机器人的分类方式与研究现状;归纳总结了三种助行康复机器人的人机交互控制策略的研究进展和研究成果,包括基于人体测量信号的控制策略、基于交互力测量的控制策略和基于机器人测量信号的控制策略;对比研究了助行康复机器人的人机交互硬件界面设计和人机交互软件界面设计,并预测了人机交互界面设计的发展趋势。 展开更多
关键词 康复机器人 人机交互 控制策略 交互界面设计
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基于计算力矩的助行腿机器人神经网络补偿控制 被引量:3
19
作者 冯治国 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第16期2173-2179,共7页
在建立"机器主动"训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统... 在建立"机器主动"训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统的仿真实验和样机系统测试验证,结果表明,该控制方法有效地消除了系统建模误差影响,提高了助行腿机器人轨迹跟踪能力。 展开更多
关键词 训练 机器人 机器主动 计算力矩控制
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基于模糊PID的助行外骨骼机器人控制研究 被引量:3
20
作者 钟翠华 沈林勇 +1 位作者 任昭霖 邵文韫 《机电工程》 CAS 2011年第7期839-842,共4页
为了研究外骨骼机器人的步态控制,提出了一种基于模糊PID的算法,首先给出机器人的一般增量式PID控制算法,然后根据机器人关节角度误差和误差变化量的参数,选择了隶属函数,最后结合实际操作经验,建立了模糊规则表,完成了对PID参数的在线... 为了研究外骨骼机器人的步态控制,提出了一种基于模糊PID的算法,首先给出机器人的一般增量式PID控制算法,然后根据机器人关节角度误差和误差变化量的参数,选择了隶属函数,最后结合实际操作经验,建立了模糊规则表,完成了对PID参数的在线自整定。试验结果表明,模糊PID控制方法能够使外骨骼机器人平稳运动,初步实现了机器人的步态控制。 展开更多
关键词 模糊比例-积分-微分 外骨骼机器人 步态控制
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