液压驱动下肢助力外骨骼机器人膝关节结构设计及试验 被引量：13

1

作者 靳兴来 朱世强 +2 位作者 张学群 朱笑丛 潘忠强 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期26-31,共6页

液压驱动下肢助力外骨骼是一种典型的人机交互类机器人,在跟随人体行进的同时,可提高人的负重能力。为实现最优化的结构设计以降低对系统压强、液压缸尺寸的要求,通过仿生学分析人类正常步行时的步态数据,依据准拟人化设计准则,采用CAD... 液压驱动下肢助力外骨骼是一种典型的人机交互类机器人,在跟随人体行进的同时,可提高人的负重能力。为实现最优化的结构设计以降低对系统压强、液压缸尺寸的要求,通过仿生学分析人类正常步行时的步态数据,依据准拟人化设计准则,采用CAD设计软件、数值计算等方法,给出了液压驱动膝关节的设计过程,并通过MATLAB等仿真软件进行了验证。基于确定的模型参数,进行了结构设计及平台搭建,并进行了穿戴试验。仿真及试验结果表明,该方法设计的外骨骼膝关节可以满足步行及负重需求。在负重由10增加为20 kg时,即负重增加一倍时,膝关节的轨迹平均跟踪误差减小了0.05%,跟踪误差最大值增加了20.7%,但是相对于整个膝关节的活动范围,该误差仅占总活动范围的1.2%。该研究为优化液压驱动下肢助力外骨骼提供了参考方法,并可为直线执行器驱动外骨骼其他关节的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 机器人 设计 优化 计算机仿真 液压驱动 膝关节 外骨骼 准拟人化

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外骨骼机器人助力效能测试方法及应用综述

2

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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液压外骨骼机器人非线性模糊滑模控制方法 被引量：9

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作者 陈庆诚 朱世强 +1 位作者 蒋瑜 刘松国 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期355-361,405,共8页

针对液压外骨骼机器人系统建模困难的问题,提出一种利用自适应模糊逼近方法来实现对滑模等效控制的逼近,不需要对机器人的未知参数进行预先估计,同时设计可调参数的自适应调节律,增强系统的鲁棒性,引入一种类势能函数设计具有非线性积... 针对液压外骨骼机器人系统建模困难的问题,提出一种利用自适应模糊逼近方法来实现对滑模等效控制的逼近,不需要对机器人的未知参数进行预先估计,同时设计可调参数的自适应调节律,增强系统的鲁棒性,引入一种类势能函数设计具有非线性积分项的滑模面,当误差较大时,积分效应适当减弱,防止产生较大的超调量;当误差较小时,积分效应适当增强,减小稳态误差。利用李雅普诺夫方法论证了该闭环控制系统的稳定性,并使用模糊切换方法来消除滑模控制抖振。最后,对液压助力外骨骼机器人系统进行轨迹跟踪及外干扰实验,结果验证了该方法的有效性,控制输出能快速平稳地跟随参考位置信号,且具有一定抗干扰能力。 展开更多

关键词 液压助力外骨骼机器人 非线性滑模控制 直接自适应模糊控制 抖振

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多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析 被引量：57

4

作者 宋遒志 王晓光 +1 位作者 王鑫 汪阳 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期172-185,共14页

外骨骼助力机器人突破了传统运载工具易受地形条件影响的限制,在军用领域和民用领域都展现了巨大的应用前景,是当前各国研究的热点。从负重外骨骼助力机器人和康复外骨骼助力机器人两个方面,综述了国内外多关节外骨骼助力机器人的发展... 外骨骼助力机器人突破了传统运载工具易受地形条件影响的限制,在军用领域和民用领域都展现了巨大的应用前景,是当前各国研究的热点。从负重外骨骼助力机器人和康复外骨骼助力机器人两个方面,综述了国内外多关节外骨骼助力机器人的发展现状。重点分析了人机匹配性设计、驱动方式、步态检测、人机协同行走控制策略以及助力效果评估等关键技术,并对多关节外骨骼助力机器人今后的研究方向及研究重点进行了展望。 展开更多

关键词 控制科学与技术 外骨骼 助力机器人 辅助设备 多关节

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外骨骼助力机器人研究现状与关键技术分析 被引量：22

5

作者 周加永 莫新民 +3 位作者 张昂 孟小净 赵浩 纪平鑫 《兵器装备工程学报》 CAS 2016年第10期99-104,共6页

根据研究工作积累和查阅相关文献资料,对外骨骼助力机器人国内外的研究现状进行了总结,对外骨骼助力机器人所涉及的机械结构技术、驱动技术、传感控制技术、能源技术以及安全性技术等关键技术进行了分析,并对外骨骼助力机器人在军事领... 根据研究工作积累和查阅相关文献资料,对外骨骼助力机器人国内外的研究现状进行了总结,对外骨骼助力机器人所涉及的机械结构技术、驱动技术、传感控制技术、能源技术以及安全性技术等关键技术进行了分析,并对外骨骼助力机器人在军事领域、医疗领域和工业领域的应用前景进行了展望。 展开更多

关键词 外骨骼 助力机器人 关键技术

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负重外骨骼机器人液压驱动系统的初步设计 被引量：9

6

作者 赖庆仁 张学胜 +2 位作者 赵永东 苏力刚 刘昶 《液压与气动》 北大核心 2011年第9期34-37,共4页

该文首先介绍了负重外骨骼机器人的工作原理及其液压系统的组成,并在此基础上初步设计了液压系统的原理图。借助动力学仿真软件ADAMS,对负重外骨骼机器人进行了运动学动力学仿真,然后根据仿真结果重点确定了液压缸的关键技术参数,为液... 该文首先介绍了负重外骨骼机器人的工作原理及其液压系统的组成,并在此基础上初步设计了液压系统的原理图。借助动力学仿真软件ADAMS,对负重外骨骼机器人进行了运动学动力学仿真,然后根据仿真结果重点确定了液压缸的关键技术参数,为液压缸元件的选型提供了依据,而且还为负重外骨骼机器人人机协调性控制研究奠定了可靠的理论基础。 展开更多

关键词 负重外骨骼机器人 液压系统 ADAMS 动力学仿真

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液压驱动型负重外骨骼机器人液压系统设计 被引量：10

7

作者 周加永 张昂 +2 位作者 莫新民 赵浩 纪平鑫 《机床与液压》 北大核心 2016年第21期30-34,共5页

从人体运动特征出发,分析了液压驱动负重外骨骼机器人的整体骨架结构。根据负重外骨骼机器人的特点要求设计了一套完整的液压传动系统,对液压系统中液压泵、伺服阀和液压缸等主要元件进行了选型计算。利用Simhydraulics软件建立了负重... 从人体运动特征出发,分析了液压驱动负重外骨骼机器人的整体骨架结构。根据负重外骨骼机器人的特点要求设计了一套完整的液压传动系统,对液压系统中液压泵、伺服阀和液压缸等主要元件进行了选型计算。利用Simhydraulics软件建立了负重外骨骼机器人液压系统仿真原理图,并对液压系统进行了仿真分析研究,由仿真结果证明了所设计液压系统的合理性。最后对液压驱动型负重外骨骼机器人技术面临的挑战进行了分析,为该液压系统的深化设计提供了参考。 展开更多

关键词 负重外骨骼机器人 液压系统 选型计算 Simhydraulics

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单兵救援助力外骨骼机器人的设计与特性分析 被引量：3

8

作者 宋纪元 朱爱斌 +2 位作者 屠尧 张甲林 张育林 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2037-2047,共11页

针对单兵救援人员对装甲车内伤员实施救助时体力不足的问题,开展外骨骼辅助救援者的设计与特性分析研究。通过对人体弯腰提升过程运动机理的研究,开展救援外骨骼的机构设计、运动学与动力学分析。基于分散负载的理念,融合外骨骼方案和... 针对单兵救援人员对装甲车内伤员实施救助时体力不足的问题,开展外骨骼辅助救援者的设计与特性分析研究。通过对人体弯腰提升过程运动机理的研究,开展救援外骨骼的机构设计、运动学与动力学分析。基于分散负载的理念,融合外骨骼方案和外肢体方案,提出一种辅助人体提升重物的并联助力机构,设计一种单兵救援提升助力系统,完成救援外骨骼的样机研制并通过实验验证了样机运动的有效性。研究结果表明:救援外骨骼机器人能够实现救援者提升过程的运动需求,并能够实现分散救援者负载、提高救援效率的目标。 展开更多

关键词 机器人 助力外骨骼 外肢体 单兵救援 腰部助力

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下肢外骨骼助力机器人控制系统研究 被引量：2

9

作者 夏田 陈宇 +1 位作者 桓茜 徐建林 《机床与液压》 北大核心 2018年第9期75-77,共3页

依据下肢外骨骼助力机器人的控制要求,以固高GUC-T运动控制器为核心搭建控制系统平台。采用压力传感器检测足底压力信息,利用编码器对关节角度进行检测,以前后脚底压力差实现其步态相位划分,通过运动控制器DSP部分将步态信息发送给固高... 依据下肢外骨骼助力机器人的控制要求,以固高GUC-T运动控制器为核心搭建控制系统平台。采用压力传感器检测足底压力信息,利用编码器对关节角度进行检测,以前后脚底压力差实现其步态相位划分,通过运动控制器DSP部分将步态信息发送给固高运动控制器,从而实现对下肢外骨骼助力机器人的运动控制。 展开更多

关键词 外骨骼 助力机器人 固高GUC-T运动控制器

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负重型外骨骼机器人液压阀块流道的流场分析及优化 被引量：4

10

作者 王海波 范曙远 张龙 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期848-854,共7页

为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题,利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真,分别设计了5组不同尺寸的仿真试验,分析不同流道尺寸下流体速度稳... 为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题,利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真,分别设计了5组不同尺寸的仿真试验,分析不同流道尺寸下流体速度稳定性与压力损失变化情况.仿真试验表明,对于流道直径为5 mm的外骨骼动力单元液压阀块交叉流道压力损失随着进出口流道偏心距的增大而增大,流体速度在偏心距为1.25 mm时稳定性最好;Z型流道压力损失在进出口流道之间的距离为17 mm时达到最小,流体速度随着该距离的增大其稳定性上升.优化过后的样机试验表明,液压阀块最大温度下降了3.3℃,最大噪声下降了7.6 dB. 展开更多

关键词 助力外骨骼 液压动力单元 液压阀块 流道压力损失 液压噪声

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搬运助力外骨骼机器人运动学建模与仿真分析 被引量：8

11

作者 张景帅 钟佩思 +2 位作者 刘梅 郑义 曹爱霞 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第8期3096-3102,共7页

为辅助工作人员高效轻便地完成搬运工作,设计一款结构合理与运动灵活的搬运助力外骨骼机器人。利用D-H参数法分别建立了外骨骼机器人下肢和上肢的运动学模型,对其进行正逆运动学求解。利用Pro/E软件建立搬运助力外骨骼的三维实体装配模... 为辅助工作人员高效轻便地完成搬运工作,设计一款结构合理与运动灵活的搬运助力外骨骼机器人。利用D-H参数法分别建立了外骨骼机器人下肢和上肢的运动学模型,对其进行正逆运动学求解。利用Pro/E软件建立搬运助力外骨骼的三维实体装配模型,并将其导入ADAMS中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果表明,下肢外骨骼能够满足人体运动,符合人体行走特征,上肢外骨骼符合人体搬运托举物体的特征。 展开更多

关键词 搬运助力外骨骼机器人 结构设计 运动学建模 运动学仿真

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基于有限元的助力外骨骼机器人的模态和疲劳分析 被引量：5

12

作者 朱雅乔 张建华 +1 位作者 王姣姣 尚志武 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第17期6916-6922,共7页

根据双足助力外骨骼机器人的行走周期特征,建立有限元模态分析模型,用以模拟机器人的行走动态特征。在有限元结果中提取双足机器人的固有频率及振动特征,同时根据人体步态在行走的不同阶段,分析计算整体系统的放大系数,最终结合系统放... 根据双足助力外骨骼机器人的行走周期特征,建立有限元模态分析模型,用以模拟机器人的行走动态特征。在有限元结果中提取双足机器人的固有频率及振动特征,同时根据人体步态在行走的不同阶段,分析计算整体系统的放大系数,最终结合系统放大系数计算振荡状态下疲劳等效载荷,预估系统整体的疲劳寿命。根据分析结果,在双足机器人的腿部机构中添加增强部件可以提高助力机器人模拟人类腿部行走的稳定性。 展开更多

关键词 双足助力外骨骼机器人 行走周期 模态分析 放大系数 疲劳分析

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下肢外骨骼助力机器人动力学建模及实验研究 被引量：5

13

作者 王月朋 汪步云 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期358-369,383,共13页

下肢外骨骼助力机器人存在人-机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿-欧拉法构建了... 下肢外骨骼助力机器人存在人-机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿-欧拉法构建了其摆动相与支撑相瞬时动力学模型。然后,将不同步态相位下人体运动时的角度数据、速度数据及机器人结构参数代入牛顿-欧拉动力学迭代方程,求得机器人各关节的理论驱动力矩。最后,开展ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)仿真实验和人机协同助行实验,通过对机器人各关节的驱动力矩峰值进行比较,验证了所构建动力学迭代方程的正确性和有效性。结果表明,通过采用牛顿-欧拉法来求解下肢外骨骼助力机器人关节的驱动力矩,可为其结构优化与控制策略制定提供重要的理论支撑。 展开更多

关键词 下肢外骨骼助力机器人 动力学分析 牛顿-欧拉法 人机协同助行实验

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下肢外骨骼助力机器人本体结构设计与运动学分析 被引量：14

14

作者 汪步云 汪志红 许德章 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第4期553-559,共7页

下肢外骨骼助力机器人是一种可以拓展人体关节机能,并可在特殊环境下作业的人机共融型机器人。基于人体下肢生物力学特点,阐述了下肢外骨骼助力机器人的机构设计原理及过程,分析了外骨骼机构的运动学关系,通过ADAMS匹配外骨骼与关节驱... 下肢外骨骼助力机器人是一种可以拓展人体关节机能,并可在特殊环境下作业的人机共融型机器人。基于人体下肢生物力学特点,阐述了下肢外骨骼助力机器人的机构设计原理及过程,分析了外骨骼机构的运动学关系,通过ADAMS匹配外骨骼与关节驱动范围并进行了机构优化,可以完成人体的代表性深蹲动作,为外骨骼助力行走留有较大的关节运动裕量,虚拟样机联合仿真也验证了外骨骼助力机器人的设计可行性。 展开更多

关键词 下肢外骨骼 助力机器人 机构设计 运动学分析

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可穿戴型下肢外骨骼助力机器人设计与研究 被引量：6

15

作者 汪步云 宋在杰 +2 位作者 汪志红 季景 许德章 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第9期1344-1351,共8页

为拓展人体下肢关节机能,完成特定环境下的人机协同作业任务,介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人。在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上,实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算,针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统;通... 为拓展人体下肢关节机能,完成特定环境下的人机协同作业任务,介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人。在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上,实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算,针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统;通过虚拟样机运动仿真与外骨骼行走实验,匹配了驱动器与外骨骼的运动范围并优化,通过外骨骼辅助人体辅助站立实验验证了外骨骼与人体下肢运动范围匹配性及助力效果等,实验结果表明外骨骼助力机器人设计可行。 展开更多

关键词 助力机器人 下肢外骨骼 电液伺服系统 Adams运动仿真

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外骨骼机器人设计及其机械结构的有限元分析 被引量：7

16

作者 赵彦峻 葛文庆 +2 位作者 刘小龙 王滢 张万青 《机床与液压》 北大核心 2016年第3期10-13,51,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 外骨骼机器人 可穿戴 液压驱动 瞬态动力学

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基于虚拟样机技术的外骨骼机器人机构设计 被引量：1

17

作者 王超 宋慧新 《现代电子技术》 2014年第4期56-59,共4页

为了提高人类的负重能力,并降低人类在行进中的能量消耗,设计了一种液压驱动的可穿戴外骨骼机器人,进行了机构设计并确定了液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过数学公式分析了外骨骼机器人腿部受力,并对外骨骼机器人简... 为了提高人类的负重能力,并降低人类在行进中的能量消耗,设计了一种液压驱动的可穿戴外骨骼机器人,进行了机构设计并确定了液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过数学公式分析了外骨骼机器人腿部受力,并对外骨骼机器人简化模型进行虚拟仿真,确定各关节运动所需的力矩。在此基础上,完成了机器人机构和液压系统设计。最后通过虚拟样机技术,验证了机构设计参数选取的合理性及所确定的液压系统满足设计要求。 展开更多

关键词 外骨骼机器人 虚拟样机技术 机构设计 液压系统

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基于ANSYS的助力外骨骼液压动力单元热分析 被引量：5

18

作者 刘超群 王海波 吴元科 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期484-488,共5页

为了实现助力外骨骼长时间稳定可靠运行的目的。以助力外骨骼原理样机液压动力单元为研究对象,采用傅里叶级数拟合方法建立了助力外骨骼运动学模型,分析助力外骨骼液压系统,得到助力外骨骼液压动力单元所需散热功率。利用Ansys仿真软件... 为了实现助力外骨骼长时间稳定可靠运行的目的。以助力外骨骼原理样机液压动力单元为研究对象,采用傅里叶级数拟合方法建立了助力外骨骼运动学模型,分析助力外骨骼液压系统,得到助力外骨骼液压动力单元所需散热功率。利用Ansys仿真软件对助力外骨骼液压动力单元进行建模和热仿真,分析助力外骨骼液压动力单元实际散热功率和温度场,针对助力外骨骼液压动力单元温升问题提出相应的解决方案。 展开更多

关键词 ANSYS 助力外骨骼 热仿真 液压动力单元

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发展中的外骨骼机器人及其关键技术 被引量：5

19

作者 石晓博 郭士杰 +1 位作者 李军强 赵海文 《机床与液压》 北大核心 2018年第21期70-76,140,共8页

外骨骼助力机器人是一种可穿戴的机械装置,应用人机工程学、仿生学等相关知识将人的智力和机器人的体力完美地结合在了一起,拥有巨大的发展潜力。为了更好地了解外骨骼助力机器人的发展成果及现阶段存在的问题,现将其发展分为蒸汽时代... 外骨骼助力机器人是一种可穿戴的机械装置,应用人机工程学、仿生学等相关知识将人的智力和机器人的体力完美地结合在了一起,拥有巨大的发展潜力。为了更好地了解外骨骼助力机器人的发展成果及现阶段存在的问题,现将其发展分为蒸汽时代、电气时代、信息时代三大部分进行介绍,并从机械结构技术、驱动技术、控制技术、人机交互技术以及安全性技术等外骨骼助力机器人关键技术入手,找出现阶段面临的问题,并指明未来的发展方向。 展开更多

关键词 外骨骼 关键技术 助力机器人 科技时代

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基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究 被引量：29

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作者 孙建 余永 +2 位作者 葛运建 陈峰 沈煌焕 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1432-1438,共7页

为了从人机系统的交互运动信息获取人体下肢的运动意图,从而实现为操作者提供助力的目的,对可穿戴型下肢助力机器人感知系统进行了理论分析和技术实现.在分析整个机器人系统控制所需要的交互信息的基础上,设计了一套基于接触力信息和关... 为了从人机系统的交互运动信息获取人体下肢的运动意图,从而实现为操作者提供助力的目的,对可穿戴型下肢助力机器人感知系统进行了理论分析和技术实现.在分析整个机器人系统控制所需要的交互信息的基础上,设计了一套基于接触力信息和关节角度信息的多传感器感知系统.该系统主要包括获取腿部接触力传感器、地面反力传感器以及用于获取外骨骼机器人关节运动信息的电机编码器等.相关实验结果表明,所设计的多传感器感知系统性能稳定、实时性好,为可穿戴型下肢助力机器人目标的实现提供了保障. 展开更多

关键词 助力机器人 外骨骼机器人 CAN总线

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