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Analysis of a passive ankle exoskeleton for reduction of metabolic costs during walking
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作者 Luís Quinto Pedro Pinheiro +3 位作者 Sergio B.Goncalves Ivo Roupa Paula Simoes Miguel Tavares da Silva 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期62-68,共7页
Modern conflicts demand substantial physical and psychological exertion,often resulting in fatigue and diminished combat or operational readiness.Several exoskeletons have been developed recently to address these chal... Modern conflicts demand substantial physical and psychological exertion,often resulting in fatigue and diminished combat or operational readiness.Several exoskeletons have been developed recently to address these challenges,presenting various limitations that affect their operational or everyday usability.This article evaluates the performance of a dual-purpose passive ankle exoskeleton developed for the reduction of metabolic costs during walking,seeking to identify a force element that could be applied to the target population.Based on the 6-min walk test,twenty-nine subjects participated in the study using three different force elements.The results indicate that it is possible to reduce metabolic expenditure while using the developed exoskeleton.Additionally,the comfort and range of motion results verify the exoskeleton's suitability for use in uneven terrain and during extended periods.Nevertheless,the choice of the force element should be tailored to each user,and the control system should be adjustable to optimise the exoskeleton's performance. 展开更多
关键词 Ankle passive exoskeleton Metabolic cost reduction Dual-use exoskeleton GAIT Biomechanics
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髋关节外骨骼导纳参数对偏瘫步态康复的影响 被引量:1
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作者 杨巍 方炯杰 +3 位作者 颜泽皓 桂梁鸿 杨灿军 胡东明 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期640-650,共11页
步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征,研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性.导纳控制是一种经典的柔顺控制方法,而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼,未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体... 步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征,研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性.导纳控制是一种经典的柔顺控制方法,而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼,未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体的步态对称性恢复是有帮助的.为满足偏瘫患者步态恢复和人机交互柔顺性的需求,本研究设计开发了单侧髋关节外骨骼及导纳控制系统,并通过动力学建模和控制系统仿真得到导纳参数对外骨骼柔顺程度的影响规律.通过对比真实患者和模拟偏瘫患者的步态特征,本研究验证了在小腿绑缚体重10%重物的人工阻碍的有效性.本研究以8名健康人为实验对象,在实时运动分析与训练交互实验室平台上进行了正常行走实验、穿戴人工阻碍的模拟偏瘫患者行走实验、穿戴人工阻碍和外骨骼助力的10组不同导纳刚度步态恢复实验以及一致性验证实验.实验结果表明:单侧外骨骼导纳控制对步态对称性的改善有显著性效果(p<0.01),并且髋关节外骨骼导纳控制的刚度参数选择因个体差异而异,证明需要针对个体差异特性进行定制化刚度系数设计.本研究初步证明了通过调整刚度参数可以为存在个体差异的下肢步行功能障碍者提供步态辅助以改善其步态对称性,为后续进行在线导纳参数优化和实现个性化步态辅助研究奠定了基础. 展开更多
关键词 脑卒中 偏瘫 步态康复 下肢外骨骼 导纳控制
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手指康复外骨骼的变论域模糊PID控制研究 被引量:1
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作者 宋栓军 曹佳豪 郭晓虎 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期31-34,39,共5页
针对手指脆弱易受伤的特点,设计一种用于手指康复的外骨骼装置,并提出变论域模糊PID控制策略,以实现人机交互力变化时的快速调节功能。首先,根据外骨骼装置建立系统的动力学方程;其次,通过引入一组非线性伸缩因子改进传统模糊PID,根据... 针对手指脆弱易受伤的特点,设计一种用于手指康复的外骨骼装置,并提出变论域模糊PID控制策略,以实现人机交互力变化时的快速调节功能。首先,根据外骨骼装置建立系统的动力学方程;其次,通过引入一组非线性伸缩因子改进传统模糊PID,根据输入输出关系实现论域范围的自整定;最后,通过仿真和实验分析了所提出的控制策略的优越性。结果表明,在3种控制器中,变论域模糊PID控制的响应速度更快,调节能力更强,稳态误差更低。当系统受到未知的非线性外在干扰时,变论域模糊PID控制器可以有效抑制大部分干扰,控制精度在0.3%以内,适用于手指康复治疗。 展开更多
关键词 手指康复 外骨骼机械手 动力学建模 伸缩因子 变论域模糊PID
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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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考虑具身认知的外骨骼康复训练步态匹配方法
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作者 高一聪 王悦瑾 +2 位作者 陈意磊 郑浩 谭建荣 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第8期1557-1564,1582,共9页
针对康复训练步态的个性化适配问题,提出考虑具身认知的下肢外骨骼康复训练步态匹配方法.将身体体验和感官感受作为反馈引入下肢外骨骼步态评价中,构建考虑具身认知的康复训练步态适配评价指标.利用基于Z-number的模糊语言术语进行康复... 针对康复训练步态的个性化适配问题,提出考虑具身认知的下肢外骨骼康复训练步态匹配方法.将身体体验和感官感受作为反馈引入下肢外骨骼步态评价中,构建考虑具身认知的康复训练步态适配评价指标.利用基于Z-number的模糊语言术语进行康复训练步态的模糊语言评价,通过模糊不确定性下的证据推理方法融合康复训练步态评价置信度,克服了传统方法无法处理非相互独立的康复训练步态评价自然语言术语的局限性,在康复训练过程中快速迭代匹配合适的康复训练步态.通过实验,验证本文所提方法的正确性. 展开更多
关键词 下肢外骨骼 具身认知 康复训练步态 Z-number
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助力外骨骼机器人随行驱动系统研究
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作者 陈贵亮 葛朋飞 +1 位作者 杨冬 蔡超 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第10期340-344,共5页
针对随行助力外骨骼机器人对液压驱动系统的实际需求,提出了一种可供助力外骨骼使用的差动液压驱动系统。基于双边节流滑阀原理,研究、设计了一种由步进电机直接驱动阀芯位移的数字双边锥面节流滑阀。对常见的两种滑阀阀芯压力损失进行... 针对随行助力外骨骼机器人对液压驱动系统的实际需求,提出了一种可供助力外骨骼使用的差动液压驱动系统。基于双边节流滑阀原理,研究、设计了一种由步进电机直接驱动阀芯位移的数字双边锥面节流滑阀。对常见的两种滑阀阀芯压力损失进行了对比分析,得出了锥形阀芯过流面积大,压力响应速度快的结论。设计基于双边节流滑阀的差动液压系统和测试实验平台,进行了阀控液压缸的推力随阀芯移动而变化的实验。结果表明,该种差动液压系统理念的确可以以较少的液压控制元件完成对执行油缸正、反向行程的控制,且压力响应速度快,可以满足随行助力外骨骼对轻便、廉价和随动性好的需求。 展开更多
关键词 随行助力外骨骼 差动液压驱动系统 双边节流滑阀 快速响应 便携驱动 低成本
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复合材料外骨骼关节一体化设计及力学行为研究
7
作者 谢军虎 赵英豪 +1 位作者 郝自清 陈磊 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第7期49-60,共12页
本文提出一种全新的结构-关节一体化构型方案,利用板壳的屈曲与后屈曲现象,设计了复合材料结构-关节一体化的基本构型,通过最小势能原理,推导了复合材料结构-关节一体化构型在弯曲过程中的回复弯矩,建立了一体化关节几何参数-材料力学... 本文提出一种全新的结构-关节一体化构型方案,利用板壳的屈曲与后屈曲现象,设计了复合材料结构-关节一体化的基本构型,通过最小势能原理,推导了复合材料结构-关节一体化构型在弯曲过程中的回复弯矩,建立了一体化关节几何参数-材料力学性能参数与助力效果(回复力矩)之间的映射关系。采用非接触式全场变形测量系统,搭建了试验平台,验证了助力效果的理论结果,并结合有限元渐进损伤失效分析方法,研究了准静态折叠情况下复合材料结构一体化关节的力学行为与材料损伤演化模式,并进一步研究了不同几何参数对一体化关节稳定支撑和助力效果的影响。该探索性研究在满足无动力背负外骨骼结构-关节体系基本功能性需求的前提下,可大幅减少零件数量、减轻结构重量、降低产品的加工成本。 展开更多
关键词 外骨骼关节 复合材料 结构-关节一体化
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相容性下肢康复外骨骼设计与控制仿真
8
作者 王晓伟 陈旭 高胜鲁 《机械设计》 北大核心 2025年第10期75-85,共11页
针对下肢运动障碍患者康复需求,提出了一种相容性下肢康复外骨骼结构方案。结合人体下肢结构和运动机理进行了人机多环闭链机构自由度分析及外骨骼结构空间构型设计。分析步态周期各阶段人体下肢受力特点,建立了矢状面内外骨骼单、双腿... 针对下肢运动障碍患者康复需求,提出了一种相容性下肢康复外骨骼结构方案。结合人体下肢结构和运动机理进行了人机多环闭链机构自由度分析及外骨骼结构空间构型设计。分析步态周期各阶段人体下肢受力特点,建立了矢状面内外骨骼单、双腿支撑态动力学模型,并采用拉格朗日功能方程推导了其髋、膝关节驱动力矩函数表达式。设计对比了Fuzzy,PID和Fuzzy-PID这3种控制器,并采用MATLAB Simulink/ADAMS协同技术,以Fuzzy-PID控制为核心算法对外骨骼进行了运动控制仿真。仿真结果中,角度跟踪曲线表明,Fuzzy-PID控制效果良好,驱动力矩仿真与理论对比曲线验证了动力学建模的正确性和外骨骼结构方案的合理性。研究结果为下肢外骨骼样机驱动设计和控制提供了数据与理论基础。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 相容性 动力学 FUZZY-PID控制 MATLAB Simulink/ADAMS协同 仿真
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人机相容型上肢康复外骨骼的构型设计与运动学分析
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作者 张争艳 申文豹 +1 位作者 蒋飞飞 王佳鑫 《机械设计》 北大核心 2025年第2期50-60,共11页
为帮助因脑卒中导致的上肢运动障碍患者重新恢复上肢运动功能,提出一种7自由度、人机相容型上肢外骨骼机构。针对康复运动中人体上肢关节轴线漂移问题,运用高等机构学理论与人机相容理论对外骨骼机构进行构型设计,构建人-机多闭链恰约... 为帮助因脑卒中导致的上肢运动障碍患者重新恢复上肢运动功能,提出一种7自由度、人机相容型上肢外骨骼机构。针对康复运动中人体上肢关节轴线漂移问题,运用高等机构学理论与人机相容理论对外骨骼机构进行构型设计,构建人-机多闭链恰约束系统实现人-机运动相容。采用D-H方法建立人-机肩关节闭链运动学模型,推导人-机肩部关节之间运动关系。基于可操作性与肩关节屈曲角度对盂肱关节机构关节轴线方位角进行优选,得到上肢工作空间内无奇异点的盂肱关节构型,对比优化前后肩关节机构的工作空间范围。建立优化后整个外骨骼机构的运动学模型,在此基础上,采用蒙特卡洛法求解外骨骼机构的工作空间;同时,采用高次多项式插值法在关节空间对外骨骼机构进行轨迹规划,对规划后的关节运动情况进行分析。结果表明:提出的构型能满足上肢运动需求且工作空间内无奇异位形,规划后轨迹运动平缓,符合康复运动要求。 展开更多
关键词 外骨骼机构 恰约束闭链 人机相容性 工作空间 奇异性 轨迹规划
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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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个性化手功能康复外骨骼的设计 被引量:1
11
作者 陈晨 乌日开西·艾依提 《机械设计》 北大核心 2025年第4期33-39,共7页
根据人手部特征和手指关节运动特性分析,设计了一种个性化手功能康复外骨骼,是一种多连杆机械结构模型,并对其进行运动分析与仿真,验证了该机械结构可以辅助手指关节完成屈曲与伸展动作,通过有限元分析证明其最大应力小于PLA材料屈服强... 根据人手部特征和手指关节运动特性分析,设计了一种个性化手功能康复外骨骼,是一种多连杆机械结构模型,并对其进行运动分析与仿真,验证了该机械结构可以辅助手指关节完成屈曲与伸展动作,通过有限元分析证明其最大应力小于PLA材料屈服强度,满足设计要求。由理论分析与计算得出了外骨骼的疲劳寿命。采用3D打印技术制成该个性化手功能康复外骨骼,总体体积小、质量小。对样机进行应力应变测试验证该外骨骼安全性较高,通过受试者运用想象脑电信号控制该外骨骼样机进行康复训练试验,结果表明:该个性化手功能康复外骨骼能够完成指关节康复训练动作,具有较高的可靠性,可以进行手功能康复训练。 展开更多
关键词 外骨骼 手功能康复 运动仿真 脑电控制
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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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面向下肢外骨骼的运动意图识别算法研究 被引量:1
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作者 牛苗赫 雷飞 《智能系统学报》 北大核心 2025年第2期407-415,共9页
随着人工智能和传感技术的快速发展,下肢外骨骼技术在助力行走和运动辅助领域展现出巨大的潜力,利用表面肌电(surface myoelectricity,sEMG)信号解码人体运动意图对实现人机运动的协调统一至关重要。然而,由于sEMG信号具有时空差异和非... 随着人工智能和传感技术的快速发展,下肢外骨骼技术在助力行走和运动辅助领域展现出巨大的潜力,利用表面肌电(surface myoelectricity,sEMG)信号解码人体运动意图对实现人机运动的协调统一至关重要。然而,由于sEMG信号具有时空差异和非线性动态的特点,导致现有方法存在特征捕捉单一、识别准确率低等不足。针对上述问题,提出一种基于多尺度卷积神经网络的运动意图感知模型。该模型采用多个差异卷积块提取sEMG信号的时间与空间尺度特征,并利用多层深度网络捕捉sEMG信号的非线性动态特征。该模型针对离线肌电数据库的识别准确率达到94%,其中对全脚离地运动类别的识别准确率高达98%。在人体穿戴下肢外骨骼进行在线运动意图识别实验中,该模型的平均识别准确率超过90%,验证了其在下肢外骨骼意图识别领域的有效性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 助力行走 表面肌电信号 人机运动 多尺度 卷积神经网络 感知模型 意图识别
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基于Udwadia-Kalaba理论的外骨骼自适应鲁棒轨迹跟踪控制
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作者 张名琦 沙连森 +3 位作者 史文青 张文彬 黄锟 刘斌 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第4期107-112,117,共7页
为解决外骨骼机器人在外界干扰与模型误差等不确定因素的影响下存在的轨迹跟踪控制准确性与稳定性不足等问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)理论的自适应鲁棒轨迹跟踪控制算法。首先,基于U-K理论相对简单地建立外骨骼机器人系统的运... 为解决外骨骼机器人在外界干扰与模型误差等不确定因素的影响下存在的轨迹跟踪控制准确性与稳定性不足等问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)理论的自适应鲁棒轨迹跟踪控制算法。首先,基于U-K理论相对简单地建立外骨骼机器人系统的运动方程,快速准确求解系统约束力;其次,针对系统不确定性因素设计自适应鲁棒控制器以保持系统的稳定性,并通过仿真验证了算法的可行性;最后,以基于二自由度外骨骼机器人进行对比实验,结果表明基于所提方法外骨骼两关节轨迹跟踪控制精度分别达到0.0148 rad和0.0251 rad,相比作为对照的PID控制算法提升了76.9%和60.0%,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 助力外骨骼 轨迹跟踪 Udwadia-Kalaba理论 自适应鲁棒控制算法
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基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢外骨骼运动意图预测研究
15
作者 俞志鹏 王美玲 +2 位作者 王成军 凌六一 金力 《电子学报》 北大核心 2025年第6期1969-1978,共10页
下肢外骨骼需要通过识别穿戴者的运动意图为穿戴者日常活动提供助力,然而当前的研究很少关注能够提供新受试者意图信息的下肢运动模式预测.为此,本文提出了一种基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢运动模式预测方法.本文首先设计了一... 下肢外骨骼需要通过识别穿戴者的运动意图为穿戴者日常活动提供助力,然而当前的研究很少关注能够提供新受试者意图信息的下肢运动模式预测.为此,本文提出了一种基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢运动模式预测方法.本文首先设计了一个下肢运动模式预测模型,采用长短时记忆单元(Long-Short Term Memory,LSTM)提取表面肌电信号(surface ElectroMyoGraphy,sEMG)中的模式特征,然后将sEMG的模式特征与关节角度特征融合预测下肢运动模式.考虑到受试者之间的生理信号差异,本文设计的迁移学习策略分两步训练预测模型,第一步在源域受试者数据集上预训练模型,第二步冻结sEMG模式特征提取器的网络权值,并在目标域数据集上微调全连接层.实验采集了受试者自由行走和穿戴外骨骼行走的数据.通过预测时间长度为100 ms的实验可以得出,所提出的方法分别能够有效提升新受试者自由行走状态下和穿戴外骨骼行走时9.53%和8.29%的运动模式预测准确率.实验结果表明,所提出方法可通过提升新受试者运动模式预测准确率,从而保障下肢外骨骼可靠的人体运动意图感知. 展开更多
关键词 下肢外骨骼 下肢运动模式预测 表面肌电信号 迁移学习 多传感器信息融合
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基于锥规划重建的运动关节康复外骨骼定制设计
16
作者 屠正欣 徐敬华 张树有 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第10期2005-2013,共9页
为了提升人体工学康复器具与个体关节运动学的匹配性能,提出运动关节康复外骨骼定制设计的新方法.通过医学图像重建骨骼关节,利用锥规划迭代计算形貌特征匹配关系,重建个性化的关节运动姿态,提高重建精度.与分层匹配方法相比,所提锥规... 为了提升人体工学康复器具与个体关节运动学的匹配性能,提出运动关节康复外骨骼定制设计的新方法.通过医学图像重建骨骼关节,利用锥规划迭代计算形貌特征匹配关系,重建个性化的关节运动姿态,提高重建精度.与分层匹配方法相比,所提锥规划重建方法的均方根误差、平均绝对误差和最大误差分别降低了10.95%、12.29%和6.05%.基于重建的运动关节姿态同步推算其瞬时旋转中心轨迹,结合三心定理,以减小瞬时旋转中心轨迹误差为目标,优化康复外骨骼反向双摇杆机构设计,实现运动域中精确的人机协同变瞬心运动.结合增材制造约束进行拓扑优化,通过赫兹接触理论分析外骨骼零件的载荷传递和应力分布,优化材料分布,实现康复外骨骼结构的个性化定制设计. 展开更多
关键词 锥规划重建 运动关节 康复外骨骼 定制设计 载荷传递 变瞬心运动
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基于1D-CNN-SVM的下肢外骨骼步态信息识别研究
17
作者 崔占贺 艾莉莎 +2 位作者 马欣雨 田天齐 王松 《电子测量技术》 北大核心 2025年第12期71-78,共8页
下肢外骨骼的步态识别是实现人机协同控制的关键技术,然而现有步态识别方法在处理一维时序数据时面临局部特征提取效率不足、小样本泛化能力弱以及模型计算开销大等挑战。针对上述问题,本文提出一种基于1D-CNN-SVM的混合模型,通过一维... 下肢外骨骼的步态识别是实现人机协同控制的关键技术,然而现有步态识别方法在处理一维时序数据时面临局部特征提取效率不足、小样本泛化能力弱以及模型计算开销大等挑战。针对上述问题,本文提出一种基于1D-CNN-SVM的混合模型,通过一维卷积神经网络(1D-CNN)自动提取一维时序数据的局部特征,并利用支持向量机(SVM)在小样本条件下实现高鲁棒性分类。实验结果表明,该模型在自定义步态数据集上的总识别率达到99.00%,相较传统SVM模型和单一1D-CNN模型分别提升5.67%和7.99%。另外该模型参数量仅为26156,单样本推理时间低至0.06 ms,显著优于1D-CNN-LSTM混合模型。本研究为下肢外骨骼的步态识别提供了一种在小样本条件下依然兼具泛化能力、识别能力与轻量化的解决方案。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 步态识别 支持向量机 一维卷积神经网络
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基于粒子群优化BP神经网络的步态相位识别
18
作者 代金隧 何志琴 +3 位作者 马家庆 吴钦木 刘洪举 李永杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第10期78-81,共4页
为了解决传统的反向传播(BP)神经网络在步态相位识别中易陷入局部最优解的问题,并增强BP神经网络在步态相位识别的准确性和高效性,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的BP神经网络识别算法。该算法以经过滤波、特征提取以及基于步态相位划... 为了解决传统的反向传播(BP)神经网络在步态相位识别中易陷入局部最优解的问题,并增强BP神经网络在步态相位识别的准确性和高效性,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的BP神经网络识别算法。该算法以经过滤波、特征提取以及基于步态相位划分准则分割后的数据作为输入,通过不断迭代更新粒子的速度和位置,来优化BP神经网络的权重和阈值。基于优化后的BP神经网络对输入数据进行训练,导出训练好的模型参数,并将其嵌入到外骨骼样机中进行实时步态相位识别测试。结果显示,该模型具有良好的实时性和高准确率,能够准确地识别步态相位。 展开更多
关键词 粒子群优化算法 反向传播神经网络 步态相位 外骨骼样机
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基于TRIZ两相出行康复外骨骼的结构设计与研究
19
作者 梁彤 白雨航 +2 位作者 张保旭 李亚男 赵彦峻 《现代制造工程》 北大核心 2025年第4期84-90,10,共8页
为了提高老年人和失能人群的身心健康,减轻家庭负担,设计了一款基于TRIZ的两相出行康复外骨骼,能够实现立式行走和坐式轮椅等主要功能。利用TRIZ创新工具解决了康复外骨骼坐立转换问题,并通过ANSYS软件对负载情况下康复外骨骼样机进行... 为了提高老年人和失能人群的身心健康,减轻家庭负担,设计了一款基于TRIZ的两相出行康复外骨骼,能够实现立式行走和坐式轮椅等主要功能。利用TRIZ创新工具解决了康复外骨骼坐立转换问题,并通过ANSYS软件对负载情况下康复外骨骼样机进行静力学分析。为深入探究康复外骨骼在动态环境中的性能表现,对康复外骨骼进行运动学和动力学建模,建立虚拟样机模型并导入ADAMS软件对其进行运动仿真,通过对仿真数据进行分析,验证了设计方案的可行性,为下一步实物样机制作提供了理论依据。 展开更多
关键词 两相出行 康复外骨骼 结构设计 有限元仿真
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脑瘫儿童下肢康复外骨骼机器人设计与验证
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作者 曹武警 刘骏航 +2 位作者 张硕 罗明祥 吴新宇 《上海理工大学学报》 北大核心 2025年第1期9-18,共10页
针对国内康复设备缺乏及其对儿童腿型适应性不足的现状,设计了一款用于脑瘫儿童下肢康复的台架式外骨骼机器人。脑瘫作为一种常见的儿童疾病,常导致“蹲伏步态”等不同程度的步态异常,本文针对此步态进行康复机器人设计。该结构由外骨... 针对国内康复设备缺乏及其对儿童腿型适应性不足的现状,设计了一款用于脑瘫儿童下肢康复的台架式外骨骼机器人。脑瘫作为一种常见的儿童疾病,常导致“蹲伏步态”等不同程度的步态异常,本文针对此步态进行康复机器人设计。该结构由外骨骼机器人和助行器小车组成,拥有4个主动自由度,能进行多角度调节和伸缩,满足不同儿童腿型的需求。控制系统采用主从分布式架构,结合KMP(kernelized movement primitive)算法实现了个性化轨迹的匹配和自适应步态的规划。实验结果表明,该康复设备机械结构和控制系统运行可靠,同时具备良好的轨迹跟踪能力,可有效提高脑瘫儿童的步态稳定性。 展开更多
关键词 脑瘫康复训练 下肢外骨骼 机械设计 控制系统
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