外骨骼式上肢康复机器人及其控制方法研究 被引量：22

1

作者 王东岩 李庆玲 +1 位作者 杜志江 孙立宁 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1008-1013,共6页

提出了一种融合单、多关节及日常生活功能行动作训练的5自由度外骨骼式偏瘫上肢康复机器人系统.根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,提取偏瘫患者的健侧肢体运动的表面肌电信号用于驱动康复机器人辅助患者患侧肢体实现康复训练动作.采用肌... 提出了一种融合单、多关节及日常生活功能行动作训练的5自由度外骨骼式偏瘫上肢康复机器人系统.根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,提取偏瘫患者的健侧肢体运动的表面肌电信号用于驱动康复机器人辅助患者患侧肢体实现康复训练动作.采用肌电绝对值积分和自回归参数模型法对上肢运动中参与动作的4块肌肉产生的sEMG信号分别进行特征提取,并分别作为基于Levenberg-Marquardt算法的反向传播神经网络的输入,6个上肢运动作为输出建立表面肌电信号与上肢康复动作之间的关系.试验结果表明该方法利用sEMG准确地完成了对上肢康复动作的识别.该方法有利于提高中枢神经系统紧张度,促进血液循环,在康复的同时防止并发症的产生,更有利于提高患者运动积极性,保持患者正确运动的感觉. 展开更多

关键词 外骨骼式康复机器人 表面肌电信号 AR参数模型 L-M算法 BP网络

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携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真 被引量：10

2

作者 易嘉伟 程文明 濮德璋 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第2期171-174,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 携行式外骨骼 下肢 运动学分析 轨迹规划 仿真

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携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究 被引量：8

3

作者 刘放 程文明 赵南 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期198-202,共5页

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果... 以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。 展开更多

关键词 携行式外骨骼 有限元法 自由度耦合 应力测试

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基于ANSYS的携行式外骨骼机械结构强度分析 被引量：8

4

作者 刘放 程文明 赵南 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第9期78-79,共2页

以携行式外骨骼为研究对象,采用Solidworks软件对机械结构进行三维实体建模,并实现构件的快速装配;使用ANSYS10.0软件,对外骨骼机械结构进行有限元分析,并根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为其强度校核及结构优化设计提供了... 以携行式外骨骼为研究对象,采用Solidworks软件对机械结构进行三维实体建模,并实现构件的快速装配;使用ANSYS10.0软件,对外骨骼机械结构进行有限元分析,并根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为其强度校核及结构优化设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 携行式外骨骼 有限元分析 机械结构设计

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基于自由度耦合的携行式外骨骼机械结构有限元分析 被引量：3

5

作者 刘放 程文明 赵南 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第10期59-62,共4页

以携行式外骨骼为研究对象,使用ANSYS 10.0软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,处理构件与液压缸之间的连接问题,并对其进行强度分析,根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为后续研究奠定了基础。

关键词 携行式外骨骼 有限元 自由度耦合 结构设计

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基于ANSYS的携行式外骨骼背架结构研究 被引量：3

6

作者 刘放 程文明 邬钱涌 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第10期116-118,共3页

以PPS材料制作的携行式外骨骼系统背架结构为研究对象,以60kg为承载负荷,对背架结构的无支撑弯曲、人体支撑弯曲、人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析,并获得背架结构在各工况下的整体应力分布及特定路径下的应力和变形分布。经分析得... 以PPS材料制作的携行式外骨骼系统背架结构为研究对象,以60kg为承载负荷,对背架结构的无支撑弯曲、人体支撑弯曲、人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析,并获得背架结构在各工况下的整体应力分布及特定路径下的应力和变形分布。经分析得知,在无支撑弯曲工况下背架结构将产生巨大的集中应力与变形,因此应尽量避免在该工况下进行运动。背架结构在人体支撑弯曲和侧摆工况下所得的应力分布和变形较为理想,背架结构完全能够满足在这两种工况下进行长期运动。 展开更多

关键词 携行式外骨骼 背架结构 人体支撑

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可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统安全性设计评价 被引量：6

7

作者 张蕊 张佳帆 张文蔚 《机电工程》 CAS 2008年第12期85-88,共4页

可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统的安全性主要取决于系统的机械结构设计、驱动器的选择和布置、保护措施和安全控制策略的设计。为了提高系统的安全性及保护操作者与周围人群的安全,通过对可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统设计、使用、... 可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统的安全性主要取决于系统的机械结构设计、驱动器的选择和布置、保护措施和安全控制策略的设计。为了提高系统的安全性及保护操作者与周围人群的安全,通过对可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统设计、使用、维护过程中的要点进行分析,提出了系统安全性评价方法,为今后柔性外骨骼人机智能系统的发展提供了参考。 展开更多

关键词 可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统 人机耦合 安全性评价方案

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基于人体工效学的采伐作业支撑式外骨骼设计 被引量：1

8

作者 杨宛萤 宁福耀 李博 《林业机械与木工设备》 2023年第11期34-38,共5页

为降低采伐作业中工人患下背痛等职业相关肌肉骨骼疾患(WMSDs)风险,设计了一种轻型、可穿戴的支撑式腰椎外骨骼装置。通过动作捕捉实验,总结出三种采伐作业中常用姿势,并对该常用作业姿势进行力学分析,基于理论分析结果设计了支撑式外... 为降低采伐作业中工人患下背痛等职业相关肌肉骨骼疾患(WMSDs)风险,设计了一种轻型、可穿戴的支撑式腰椎外骨骼装置。通过动作捕捉实验,总结出三种采伐作业中常用姿势,并对该常用作业姿势进行力学分析,基于理论分析结果设计了支撑式外骨骼装置。使用Ansys与Jack分别对外骨骼装置与穿戴后的作业行为进行仿真分析,以验证其可靠性。仿真计算结果表明,使用外骨骼装置时,腰椎的压力可以有效控制在1134 N以下,且外骨骼装置自身应力分布良好,表明该外骨骼装置在减轻腰部负荷方面具有较好的效果,可以有效降低林业工人患WMSDs的风险,为林业工作中外骨骼技术的应用提供了有力的支持和指导。 展开更多

关键词 支撑式外骨骼 肌肉骨骼疾患 ANSYS JACK 人类工效学

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基于Featherstone算法的穿戴式外骨骼机器人高效动力学计算研究

9

作者 王云翔 何昆鹏 李虎 《南方农机》 2020年第10期11-11,共1页

穿戴式外骨骼机器人的动力学计算,是实现精准控制、驱动电机选型的前提条件。穿戴式外骨骼机器人一般具有较多自由度,传统方法无法解决其动力学计算问题。文章采用Featherstone刚体动力学算法,对其高效动力学计算进行研究,并根据机器人... 穿戴式外骨骼机器人的动力学计算,是实现精准控制、驱动电机选型的前提条件。穿戴式外骨骼机器人一般具有较多自由度,传统方法无法解决其动力学计算问题。文章采用Featherstone刚体动力学算法,对其高效动力学计算进行研究,并根据机器人的运动树连通图,建立了机器人系统的整体几何模型,通过将几何模型转换为参数代入MATLAB,运用Featherstone逆动力学算法求出在一个步态中各关节所需的驱动力矩。 展开更多

关键词 Featherstone算法 穿戴式外骨骼机器人 动力学

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柔性膝关节保护外骨骼及其行走助力方法设计 被引量：12

10

作者 杨灿军 彭桢哲 +1 位作者 徐铃辉 杨巍 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期213-221,共9页

设计柔性可穿戴式膝关节保护外骨骼,用于实现人体运动过程中膝关节负载减重及行走助力功能.根据人体生物力学特点,使用固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型与有限元分析设计柔性外骨骼膝关节,该柔性关节在行走运动支撑期具有刚性,能够减轻... 设计柔性可穿戴式膝关节保护外骨骼,用于实现人体运动过程中膝关节负载减重及行走助力功能.根据人体生物力学特点,使用固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型与有限元分析设计柔性外骨骼膝关节,该柔性关节在行走运动支撑期具有刚性,能够减轻膝关节体重负载,在摆动期柔性较强,能适应人体生理关节运动特性,不对膝关节造成额外载荷.在柔性可穿戴式膝关节外骨骼结构的基础上,配套设计行走助力模块,研究相应的助力控制方法可以实现步行助力.性能测试实验表明,单侧膝关节保护外骨骼最大能减轻110 N的膝关节负载,外骨骼结构自身质量为639 g,减重比大;带行走助力模块的外骨骼系统质量为4.8 kg,能实现步行运动的助力功能. 展开更多

关键词 柔性外骨骼 穿戴式外骨骼 膝关节保护 减重支撑 行走助力

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下肢外骨骼助行机器人滑模PD控制研究 被引量：2

11

作者 邢文琪 郭旭东 +3 位作者 肖建如 许炜 魏强生 刘健南 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期621-625,共5页

穿戴式下肢外骨骼助行机器人可以辅助下肢运动有障碍者进行康复训练,助其实现正常行走。首先确定系统自由度个数,并基于拉格朗日法建立动力学模型。为提高多关节协调运动的控制精度以实现拟人化步态,研究了基于滑模函数补偿的PD控制算... 穿戴式下肢外骨骼助行机器人可以辅助下肢运动有障碍者进行康复训练,助其实现正常行走。首先确定系统自由度个数,并基于拉格朗日法建立动力学模型。为提高多关节协调运动的控制精度以实现拟人化步态,研究了基于滑模函数补偿的PD控制算法。通过Matlab-Simulink仿真,对比分析了PD算法和滑模PD算法,获得了两种算法下髋、膝关节角位移及角速度控制曲线,并计算不同算法的跟踪误差。结果表明,相对于常规的PD控制算法,基于滑模函数补偿的PD控制算法具有更好的精度和稳定性,且响应速度快;以12 s周期为例,在有扰动的情况下,滑模PD控制比PD控制提前约3 s达到稳定。将滑模PD控制算法用于下肢外骨骼机器人的步态控制,可提高控制精度和响应速度。 展开更多

关键词 穿戴式下肢外骨骼机器人 动力学模型 滑模函数补偿 PD控制

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上肢康复机器人研究及发展 被引量：13

12

作者 冷冰 李旺鑫 刘斌 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第11期4311-4322,共12页

为了对当前上肢康复机器人关键技术分析及未来发展方向预测,通过对世界范围内外骨骼式及末端牵引式上肢康复机器人研究现状分别进行介绍分析,从整体构型、控制系统及人机交互三方面总结各典型上肢康复机器人的关键技术,进而总结出未来... 为了对当前上肢康复机器人关键技术分析及未来发展方向预测,通过对世界范围内外骨骼式及末端牵引式上肢康复机器人研究现状分别进行介绍分析,从整体构型、控制系统及人机交互三方面总结各典型上肢康复机器人的关键技术,进而总结出未来上肢康复机器人从低自由度向高自由度、传统材料向新型轻质材料、刚性关节向柔性关节、传统控制向人工智能的发展趋势。研究结果可为上肢康复机器人的发展方向提供参考,促进上肢康复机器人的未来发展。 展开更多

关键词 上肢康复机器人 外骨骼式 末端牵引式 多自由度 人工智能

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