柔性膝关节保护外骨骼及其行走助力方法设计 被引量：9

1

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

下载PDF 职称材料

基于ANSYS Workbench的外骨骼膝关节机构优化设计 被引量：5

2

作者 张万青 葛文庆 +1 位作者 王滢 赵彦峻 《制造业自动化》 北大核心 2014年第15期49-51,共3页

在外骨骼机器人开发早期阶段引入结构轻量化思想,建立外骨骼机器人三维实体模型及有限元模型,通过优化过程,找到外骨骼机器人大腿形状、尺寸、结构、质量等参数的最佳值,提高了外骨骼机器人的低阶固有频率,避免了共振的发生,为结构的改... 在外骨骼机器人开发早期阶段引入结构轻量化思想,建立外骨骼机器人三维实体模型及有限元模型,通过优化过程,找到外骨骼机器人大腿形状、尺寸、结构、质量等参数的最佳值,提高了外骨骼机器人的低阶固有频率,避免了共振的发生,为结构的改进提供了可靠地参考依据。最终得到的外骨骼机器人大腿方案减重3.6933kg,减重率达到14.3%。 展开更多

关键词 穿戴式外骨骼 三铰点机构 优化设计 拓扑分析 ANSYS WORKBENCH

下载PDF 职称材料

一种基于磁流变效应的外骨骼作动器设计及分析

3

作者 李亚辉 陈乃建 +1 位作者 李英杰 尹逊瑞 《山东工业技术》 2023年第1期46-53,共8页

针对穿戴式外骨骼长时间保持姿态困难、驱动系统刚度难以精准控制等问题,设计了一种基于磁流变效应的外骨骼作动器,实现人体长时间站立、蹲坐等姿态保持以及刚柔耦合自适应调整,有效提高穿戴舒适性及随动性。采用SolidWorks、Maxwell及M... 针对穿戴式外骨骼长时间保持姿态困难、驱动系统刚度难以精准控制等问题,设计了一种基于磁流变效应的外骨骼作动器,实现人体长时间站立、蹲坐等姿态保持以及刚柔耦合自适应调整,有效提高穿戴舒适性及随动性。采用SolidWorks、Maxwell及MATLAB联合仿真技术对外骨骼作动器不同状态进行了相关磁场力分析实验,实验结果表明,外骨骼作动器在4A电流驱动下,在在θ=π/2角度时能够实现最大379N的输出力。 展开更多

关键词 穿戴式外骨骼 刚柔耦合作动器 磁流变液 联合仿真

下载PDF 职称材料

穿戴式外骨骼膝关节三铰点机构优化设计 被引量：3

4

作者 赵南 程文明 邬钱涌 《机械工程与自动化》 2012年第1期7-9,12,共4页

研究穿戴式外骨骼的工作原理,建立数学模型,采用MATLAB软件,应用粒子群算法开发了一套膝关节三铰点机构的优化设计系统来代替人工设计。粒子群算法是一种基于鸟群的智能优化方法,对于多目标、多约束条件的三铰点机构优化设计能够有效求... 研究穿戴式外骨骼的工作原理,建立数学模型,采用MATLAB软件,应用粒子群算法开发了一套膝关节三铰点机构的优化设计系统来代替人工设计。粒子群算法是一种基于鸟群的智能优化方法,对于多目标、多约束条件的三铰点机构优化设计能够有效求解。仿真实践证明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 穿戴式外骨骼 三铰点机构 粒子群算法 优化设计

下载PDF 职称材料

外骨骼机械腿的设计与研究

5

作者 刘元旭 张晨 +3 位作者 汪浩 梁飞 胡志毅 周丹 《机械工程师》 2019年第2期72-73,76,共3页

可穿戴式外骨骼可以在康复训练中为使用者提供行走所需动力,大幅减少腿部负担,并矫正患者行走姿势。外骨骼机械腿还可用于劳动者的腿部助力,大大提高其所能背负的最大载荷。文中设计了一种可行的外骨骼机械结构和利用脚步压力变化来控... 可穿戴式外骨骼可以在康复训练中为使用者提供行走所需动力,大幅减少腿部负担,并矫正患者行走姿势。外骨骼机械腿还可用于劳动者的腿部助力,大大提高其所能背负的最大载荷。文中设计了一种可行的外骨骼机械结构和利用脚步压力变化来控制步态的方案,并为其开发了PLC程序。 展开更多

关键词 康复训练 穿戴式外骨骼 PLC 优化设计 下肢助力

下载PDF 职称材料

穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者的影响

6

作者 薛亚峰 郄淑燕 +2 位作者 王寒明 杨傲然 谭建 《西部医学》 2024年第6期846-849,854,共5页

目的探讨穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者步态、平衡能力、下肢运动Fugl-Meyer功能量表(FMA)评分的影响。方法纳入2020年11月—2022年11月我院收治的78例脑卒中偏瘫患者,按照数字列表法随机分为观察组与对照组,每... 目的探讨穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者步态、平衡能力、下肢运动Fugl-Meyer功能量表(FMA)评分的影响。方法纳入2020年11月—2022年11月我院收治的78例脑卒中偏瘫患者,按照数字列表法随机分为观察组与对照组,每组39例,对照组予以Bobath技术训练,观察组在对照组基础上予以穿戴式外骨骼康复机器人训练,干预8周。比较两组干预前后的步态参数(步频、步速、跨步长比率)、平衡能力[Berg平衡量表(BBS)]、下肢运动功能FMA评分、日常生活活动能力[改良Barthel指数(MBI)]、下肢肌力恢复情况(屈髋肌力、伸膝肌力)。结果干预前,两组各指标差异无统计学意义(P>0.05);干预后,两组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力较干预前显著升高(均P<0.05),观察组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力高于对照组(均P<0.05)。结论穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术可改善脑卒中偏瘫患者步态和平衡能力,促进下肢运动功能恢复,提高日常生活活动能力,增强患者下肢肌力。 展开更多

关键词 穿戴式外骨骼康复机器人 BOBATH技术 脑卒中 偏瘫 步态 平衡能力 下肢运动功能

下载PDF 职称材料

融合整体法和Simulink的人体肌肉力矩动态仿真计算 被引量：1

7

作者 王彦凤 王瑞 +1 位作者 蔡玉强 赵欣 《华北理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2020年第3期96-103,共8页

针对穿戴式外骨骼康复医疗平台,提出了一种融合整体法和MATLAB/Simulink的人体下肢肌肉力矩动态仿真计算方法。首先将下肢外骨骼机器人与人体下肢组成人体-外骨骼系统,应用整体法对人体-外骨骼系统进行运动学和动力学分析,建立系统牛顿... 针对穿戴式外骨骼康复医疗平台,提出了一种融合整体法和MATLAB/Simulink的人体下肢肌肉力矩动态仿真计算方法。首先将下肢外骨骼机器人与人体下肢组成人体-外骨骼系统,应用整体法对人体-外骨骼系统进行运动学和动力学分析,建立系统牛顿欧拉方程。在此基础上利用MATLAB/Simulink软件建立了系统的动态仿真模型,将动力学方程模块化嵌入到仿真模型中。对主动步态训练过程进行了仿真计算,快速、准确地求得了完整运动周期内人体髋关节与膝关节肌肉扭矩的变化规律。所得结果对康复效果的评估和康复机器人的共享控制及自适应控制提供了重要的参考依据。 展开更多

关键词 穿戴式外骨骼康复机器人 整体法 MATLAB/SIMULINK 肌肉力量

下载PDF 职称材料

穿戴式颈椎外骨骼控制系统研究 被引量：1

8

作者 郑宏宇 石萍 +2 位作者 李素姣 方凡夫 喻洪流 《生物医学工程与临床》 CAS 2022年第5期531-538,共8页

目的 颈椎病的发病率呈逐年递增及年轻化的趋势,而市面上的颈部康复设备普遍存在智能化不足,体积过大或者是使用场合受限等情况。笔者提出一种穿戴式颈椎外骨骼控制装置,对实现其功能的控制系统进行研究。方法 可穿戴式颈椎外骨骼结构基... 目的 颈椎病的发病率呈逐年递增及年轻化的趋势,而市面上的颈部康复设备普遍存在智能化不足,体积过大或者是使用场合受限等情况。笔者提出一种穿戴式颈椎外骨骼控制装置,对实现其功能的控制系统进行研究。方法 可穿戴式颈椎外骨骼结构基于6连杆Stewart(斯图尔特)结构设计,包括电机驱动模块、固定支撑模块和活动关节组件。试制机械实验样机,重点对其控制系统的人机交互、动力驱动及主控制等模块进行设计与系统集成,并对实验样机进行功能测试。结果 穿戴式颈椎外骨骼控制装置能够实现纵向牵引和前屈/后伸15°/30°、左/右侧屈20°/-20°、左/右旋转15°/-15°等三维运动。该控制系统运动康复试验符合人体颈部康复训练相关舒适范围。结论 实验设计的控制系统能够实现穿戴式颈椎外骨骼控制装置牵引与3个自由度运动康复训练治疗功能,运动范围达到预期要求,证明了该穿戴式颈椎外骨骼控制系统原理的可行性。 展开更多

关键词 穿戴式颈椎外骨骼 颈椎病 控制系统 传感器

下载PDF 职称材料

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

9

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

下载PDF 职称材料

可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性及应用伦理问题研究 被引量：1

10

作者 张蕊 张佳帆 江灏 《机电产品开发与创新》 2008年第5期19-21,共3页

近年来,外骨骼系统已成为机器人、机电一体化、人工智能等研究领域的热点。但值得一提的是外骨骼系统需要人穿戴外骨骼进行操作,外骨骼任何一个"非理性"的动作都可能对操作者造成严重的伤害。因此,外骨骼系统必须有很高的可... 近年来,外骨骼系统已成为机器人、机电一体化、人工智能等研究领域的热点。但值得一提的是外骨骼系统需要人穿戴外骨骼进行操作,外骨骼任何一个"非理性"的动作都可能对操作者造成严重的伤害。因此,外骨骼系统必须有很高的可靠性。本文提出了可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性设计原则,并建议对可能引起伦理争议的系统应用进行约束,为今后柔性外骨骼人机智能系统的发展以及人和智能机器的和谐共存提供参考。 展开更多

关键词 可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统 可靠性 应用伦理准则

下载PDF 职称材料

可穿戴式下肢康复外骨骼机器人步态规划及仿真 被引量：3

11

作者 谢海胜 陈岱民 《长春大学学报》 2013年第10期1224-1229,共6页

通过分析人的下肢各关节的特征及自由度,设计可穿戴式下肢康复外骨骼机器人结构,利用CAD软件solidworks进行三维建模。为了实现可穿戴式下肢康复外骨骼机器人稳定行走功能,本文运用零力矩点(ZMP)判断依据进行步态规划。在机器人进行步... 通过分析人的下肢各关节的特征及自由度,设计可穿戴式下肢康复外骨骼机器人结构,利用CAD软件solidworks进行三维建模。为了实现可穿戴式下肢康复外骨骼机器人稳定行走功能,本文运用零力矩点(ZMP)判断依据进行步态规划。在机器人进行步态规划时采用三次样条插值法得到可穿戴式下肢康复外骨骼机器人各关节的平滑运动轨迹,同时,摆动腿在运动过程中脚底与地面始终平行。最后在ADAMS软件中建立可穿戴式下肢康复外骨骼机器人的虚拟样机进行运动学仿真。 展开更多

关键词 可穿戴式下肢康复外骨骼机器人 步态规划 ADAMS

下载PDF 职称材料

基于步态的下肢康复用外骨骼机器人运动分析 被引量：2

12

作者 潘运平 张松乔 +1 位作者 鲁峰 李畅 《现代机械》 2015年第6期1-6,共6页

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿... 穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿真软件Adams对外骨骼机器人的受力和步态进行仿真分析,验证步态的合理性,同时对以后行走的合理性提供依据以及为进一步设计出一种新型穿戴式下肢助行外骨骼机器人样机提供参考。 展开更多

关键词 穿戴式下肢外骨骼机器人 ADAMS 仿真分析 步态

下载PDF 职称材料

下肢外骨骼助行机器人神经网络自适应滑模控制研究 被引量：1

13

作者 邢文琪 郭旭东 +2 位作者 肖建如 郝又国 贺全森 《建模与仿真》 2022年第2期288-296,共9页

穿戴式下肢外骨骼助行机器人是一种能够辅助人体进行仿人式步态运动的智能一体化设备,该系统需要良好的轨迹跟踪效果。为提高穿戴式下肢外骨骼助行机器人的轨迹跟踪精度及稳定性,基于拉格朗日法建立动力学模型,研究分析RBF神经网络自适... 穿戴式下肢外骨骼助行机器人是一种能够辅助人体进行仿人式步态运动的智能一体化设备,该系统需要良好的轨迹跟踪效果。为提高穿戴式下肢外骨骼助行机器人的轨迹跟踪精度及稳定性,基于拉格朗日法建立动力学模型,研究分析RBF神经网络自适应滑模控制算法。通过MATLAB-Simulink仿真,对比分析滑模算法和RBF神经网络自适应滑模控制算法,获得了两种算法下髋关节、膝关节的角位移及角速度控制曲线及力矩,并对比了两种算法的位置跟踪误差。实验结果表明,相比于滑模控制算法,RBF神经网络自适应滑模控制可以改善抖振情况,提高控制精度和抗干扰能力。 展开更多

关键词 穿戴式下肢外骨骼助行机器人 动力学模型 轨迹跟踪 RBF神经网络

下载PDF 职称材料

下肢外骨骼助行机器人滑模PD控制研究

14

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

下载PDF 职称材料

基于Featherstone算法的穿戴式外骨骼机器人高效动力学计算研究

15

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

下载PDF 职称材料