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一种新型仿生变胞膝关节外骨骼机器人及其多体运动尺度综合方法研究 被引量：1
1
作者 李照童 杨玉维 +4 位作者 李彬 赵磊 刘凉 马跃 刘祺 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期142-155,共14页
针对人体步态周期的摆动相与承载相生物力学特征,创新性的提出一种集变胞仿生膝关节外骨骼机器人与具有“J”型轨迹特征运动副人体等效下肢为一体的人-机并联研究原型,在深入解析其变胞运动承载仿生工作机理的基础上,系统提出一种多体... 针对人体步态周期的摆动相与承载相生物力学特征,创新性的提出一种集变胞仿生膝关节外骨骼机器人与具有“J”型轨迹特征运动副人体等效下肢为一体的人-机并联研究原型,在深入解析其变胞运动承载仿生工作机理的基础上,系统提出一种多体运动尺度综合方法。该方法首先基于多体运动学,系统构建人-机并联运动学模型;其次针对该外骨骼对其穿戴位置滑移与下肢个体差异的有效几何包容,提出一种新型运动学综合性能评价指标——仿生灵巧包容度;再次将多体运动尺度综合问题归结为一类多目标优化问题;最后计及不同人群的步态差异性,采用压缩粒子群算法,深入开展膝关节外骨骼系统多体运动尺度综合数值仿真。通过仿真数据对比与参数敏感性分析,佐证该膝关节外骨骼机器人所具有的变胞仿生运动学综合性能,以及多体运动尺度综合方法的合理性与有效性,为后续研究原型承载有效性的相关研究,提供理论基础。 展开更多
关键词 膝关节外骨骼 人-机并联研究原型 仿生灵巧包容度 多体运动学 尺度综合
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计及舒适性的膝关节外骨骼机器人张弛穿戴系统性能优化及方法研究
2
作者 齐文耀 杨玉维 +2 位作者 周祖意 龚健超 陈鹏宇 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2023年第1期118-124,共7页
为了提高穿戴舒适性与承载有效性,本文在提出一种膝关节外骨骼机器人张弛穿戴系统原型及其工作机制解析的基础上,对该系统开展静力学优化综合及其方法研究。首先,本文基于系统虚拟样机模型的构建,构造一种计及应力、变形及受力结点占比... 为了提高穿戴舒适性与承载有效性,本文在提出一种膝关节外骨骼机器人张弛穿戴系统原型及其工作机制解析的基础上,对该系统开展静力学优化综合及其方法研究。首先,本文基于系统虚拟样机模型的构建,构造一种计及应力、变形及受力结点占比等要素的综合穿戴舒适度评价指标;其次,基于系统虚拟样机静力学仿真,结合评价指标,开展多目标遗传优化与铠甲层拓扑构型的局部优化综合;最后,通过模型重建仿真数据证实了该系统具有良好的穿戴舒适性。本研究为后续穿戴系统的承载性能及样机建造提供了理论基础。 展开更多
关键词 膝关节外骨骼 穿戴舒适度 多目标遗传优化 拓扑优化
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膝关节外骨骼综合测试系统设计与实现 被引量：2
3
作者 刘家伦 周世通 +2 位作者 刘宏伟 刘旭亮 尹业成 《计算机测量与控制》 2021年第12期33-38,共6页
膝关节外骨骼系统是一种人体膝关节助力设备,其主要作用为可以使穿戴者在行走、奔跑、爬坡等运动过程中获得膝关节部位的助力扭矩,提升穿戴者的行动及负载能力;根据膝关节外骨骼系统的产品特点,对膝关节外骨骼的测试需求进行了研究,得... 膝关节外骨骼系统是一种人体膝关节助力设备,其主要作用为可以使穿戴者在行走、奔跑、爬坡等运动过程中获得膝关节部位的助力扭矩,提升穿戴者的行动及负载能力;根据膝关节外骨骼系统的产品特点,对膝关节外骨骼的测试需求进行了研究,得到常规数据、助力效率、舒适度、寿命测试、关节驱动特性等5种测试需求;后基于测试需求,对一种膝关节外骨骼综合测试系统进行了架构设计,并对各种测试科目包括常规数据测试、助力效率、穿戴舒适度、使用寿命、关节驱动特性等进行测试方法研究。经实际应用试验表明,该测试系统可满足膝关节外骨骼设备的测试需求。 展开更多
关键词 膝关节外骨骼 测试系统 架构 助力效率测试 寿命测试
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下肢膝关节外骨骼仿生机构运动学研究 被引量：1
4
作者 郑晓博 赵新华 +3 位作者 杨玉维 周祖意 齐文耀 李照童 《天津理工大学学报》 2023年第1期16-21,共6页
针对人体下肢行走时可分为摆动相与承载相的运动承载特征,提出具有运动包容性与承载有效性的下肢膝关节外骨骼仿生欠驱动五杆机构研究原型,运用闭环矢量法对其构建系统运动学模型,在此基础上得到系统速度雅可比矩阵,进而提出一种评价该... 针对人体下肢行走时可分为摆动相与承载相的运动承载特征,提出具有运动包容性与承载有效性的下肢膝关节外骨骼仿生欠驱动五杆机构研究原型,运用闭环矢量法对其构建系统运动学模型,在此基础上得到系统速度雅可比矩阵,进而提出一种评价该仿生机构的全局性工作空间灵巧度的新型综合评价指标,并以此为优化目标。在MATLAB 9.0平台上,开展基于运动学模型的系统结构参数数值优化仿真,并结合UG NX 12.0虚拟样机仿真平台,进行仿真结果数据比对,通过误差分析验证了运动学建模的正确性,进而进行数据深入分析,结果表明:优化后的仿生机构相对人体膝关节运动空间而言,具有良好的仿生灵巧包容性,亦表明基于新型综合评价指标下的结构参数优化方法的有效性。 展开更多
关键词 下肢膝关节外骨骼 工作空间 灵巧度 优化 仿真
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基于膝关节外骨骼张弛穿戴系统的动力学性能优化
5
作者 查理 齐文耀 +3 位作者 杨玉维 彭举 王宇宁 谢思训 《科技创新与生产力》 2023年第11期96-99,102,共5页
旨在提高下肢外骨骼的穿戴舒适性与承载有效性,设计了一种新型超越离合器驱动的张弛穿戴系统研究原型,深入开展该系统仿生工作机理的阐述及其动力学性能的优化研究。首先,鉴于下肢外骨骼人-机穿戴接触压力构造的复杂性以及相关材料力学... 旨在提高下肢外骨骼的穿戴舒适性与承载有效性,设计了一种新型超越离合器驱动的张弛穿戴系统研究原型,深入开展该系统仿生工作机理的阐述及其动力学性能的优化研究。首先,鉴于下肢外骨骼人-机穿戴接触压力构造的复杂性以及相关材料力学参数的非线性,建立以超越离合器驱动单元为主体的外骨骼张弛系统等效模型,并进行刚柔耦合动力学仿真。其次,基于Ansys workbench的DesignXplorer平台,以超越离合器棘轮厚度和棘轮质心平面与轮盘质心平面间的距离等要素为优化参数,以弹簧节点的最大加速度数值、弹簧节点的最大速度数值和棘轮棘爪接触处的最大应力为优化目标,对该系统展开结构设计优化。最后,通过仿真优化前后数据对比,佐证了优化后张弛穿戴系统具有较好的动力学性能及所采用研究方法合理有效,为后续外骨骼人-机并联张弛穿戴系统的承载舒适性研究与详细设计提供理论基础。 展开更多
关键词 膝关节外骨骼机器人 穿戴舒适度 人-机并联
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外骨骼柔顺膝关节作动机构研究
6
作者 纪平鑫 宋鹏 +2 位作者 莫新民 韦祖拔 赵浩 《机械传动》 北大核心 2021年第10期96-99,共4页
外骨骼关节的柔顺性在适应穿戴者不同运动状态和人机相容性方面至关重要,然而,常见的刚性机构和被动柔顺机构不能够实时反馈人机交互力从而达到主动柔顺的目的。设计了一种主动柔顺膝关节作动机构,利用拮抗驱动原理结合曲柄滑块的力位... 外骨骼关节的柔顺性在适应穿戴者不同运动状态和人机相容性方面至关重要,然而,常见的刚性机构和被动柔顺机构不能够实时反馈人机交互力从而达到主动柔顺的目的。设计了一种主动柔顺膝关节作动机构,利用拮抗驱动原理结合曲柄滑块的力位转换能力,使其不仅能够达到利用传统串联弹性驱动增加机构柔顺的目的,还可以通过该柔顺机构实时计算人机交互力。实验证明了该柔顺机构的可行性和有效性。 展开更多
关键词 膝关节外骨骼 柔顺作动机构 力矩估计
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