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下肢步行助力外骨骼机器人的模糊自适应PID控制 被引量:8
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作者 尹孟可 郭士杰 +1 位作者 孙磊 张建军 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第9期38-44,共7页
针对人体生物学特点及户外步行助行要求,设计了一款下肢步行助力外骨骼机器人。为实现外骨骼机器人对人体下肢助力柔顺性目标,研究并提出了模糊自适应PID控制方法。在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,比较外骨骼关节力矩控制分别采用传统... 针对人体生物学特点及户外步行助行要求,设计了一款下肢步行助力外骨骼机器人。为实现外骨骼机器人对人体下肢助力柔顺性目标,研究并提出了模糊自适应PID控制方法。在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,比较外骨骼关节力矩控制分别采用传统PID及模糊自适应PID控制算法的跟随效果。由仿真和试验结果可知,模糊自适应PID算法相较于经典PID算法具有响应速度快、超调量小等优点。模糊自适应PID算法对关节力矩跟踪效果有明显改善。在步态周期30%~40%时,误差最大;在步态周期15%~20%时,误差最小,为0.5 N·m。模糊自适应PID算法力矩跟踪曲线更加平滑,与参考输入幅值更为接近,支撑相最大误差为7%,且可以有效抑制外骨骼助力行走过程中带来的关节抖动。力矩跟踪能够达到理想的跟随效果,能够使得不同穿戴者的髋关节助力更加柔顺。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 步行助力 模糊自适应PID算法 力矩跟随
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基于动态运动基元的6自由度下肢外骨骼步态轨迹规划与控制策略
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作者 赵佳伟 朱立忠 +2 位作者 陈万鑫 张弼 赵新刚 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期33-46,共14页
针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运... 针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运动基元算法对以前的各个步态相位的运动轨迹进行在线学习;再次,将前面得到的关节角度作为目标终点进行实时步态轨迹规划;最后,根据生成的曲线按照控制策略对外骨骼控制。使用6自由度外骨骼对算法进行了验证,结果表明,使用所提算法可以有效根据步态相位的变换对步态轨迹进行实时在线学习和生成,同时可以保证一定程度的运动稳定性。 展开更多
关键词 动态运动基元 下肢外骨骼 线性倒立摆模型 步态轨迹规划
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一种下肢气动无源助力携行外骨骼装置研究
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作者 马相林 茅琨 +1 位作者 黄嘉昕 蔡昊晨 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第12期73-78,共6页
针对下肢外骨骼助力携行,提出一种下肢气动无源助力携行外骨骼装置,实现了下肢膝关节处的柔顺转动与下肢的助力携行。对下肢外骨骼进行结构设计,在整体结构中选择关键零部件大腿板件,使用ANSYS软件进行有限元受力分析。结合分析结果,在... 针对下肢外骨骼助力携行,提出一种下肢气动无源助力携行外骨骼装置,实现了下肢膝关节处的柔顺转动与下肢的助力携行。对下肢外骨骼进行结构设计,在整体结构中选择关键零部件大腿板件,使用ANSYS软件进行有限元受力分析。结合分析结果,在满足最小位移变形、合理安全系数和等效应力的条件下,对下肢外骨骼的大腿板件进行目标优化,根据目标优化结果进一步进行拓扑优化,对比优化前后模型在静应力分析下的数据,实现了单板质量减小30%。而后对优化后的结构进行了下肢外骨骼的运动仿真,仿真结果表明:膝关节处的转动效果良好。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 无源助力 有限元分析 拓扑优化 目标优化
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下肢辅助步行外骨骼机器人步行模型研究 被引量:3
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作者 何昱夷 李培兴 +1 位作者 闫维新 赵言正 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第10期1803-1809,共7页
针对当前广泛使用的基于正常人步行轨迹的步态规划方法的诸多缺点,全面介绍了下肢辅助步行外骨骼机器人基于运动学和动力学的步态建模方法,得到了模型中各种时变参数对于步态分析的运动曲线,为特异性步态参数下的自主规划问题提供了理... 针对当前广泛使用的基于正常人步行轨迹的步态规划方法的诸多缺点,全面介绍了下肢辅助步行外骨骼机器人基于运动学和动力学的步态建模方法,得到了模型中各种时变参数对于步态分析的运动曲线,为特异性步态参数下的自主规划问题提供了理论依据,解决了下肢辅助步行外骨骼机器人轨迹规划的参数适应性问题。实验表明,该方法针对不同身材人群对于下肢辅助步行外骨骼机器人的特异性需求,能够获取当前构型下的最优化参数,规划出最优的下肢辅助步行外骨骼机器人的步行运动。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 步行模型 运动学 动力学
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下肢外骨骼研究进展及关节运动学解算综述 被引量:3
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作者 衣淳植 郭浩 +4 位作者 丁振 朱瑞 杨炽夫 刘绍辉 姜峰 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期878-888,共11页
随着传感融合、移动计算、智能驱动等技术的发展以及研究者对人体运动中下肢重要生物力学功能认知的逐步深化,下肢外骨骼机器人作为一种与下肢并联,能为穿戴者行走助力的可穿戴智能设备愈发受到世界各研究机构的重视。本文根据下肢外骨... 随着传感融合、移动计算、智能驱动等技术的发展以及研究者对人体运动中下肢重要生物力学功能认知的逐步深化,下肢外骨骼机器人作为一种与下肢并联,能为穿戴者行走助力的可穿戴智能设备愈发受到世界各研究机构的重视。本文根据下肢外骨骼的用途和结构详细综述了近年下肢外骨骼的研究进展,并借此对下肢外骨骼的未来发展进行展望。并针对下肢外骨骼在实时运动学检测与控制上对小型传感器的迫切需求,提出一种能够用于控制下肢外骨骼的基于惯性测量单元的人体下肢关节运动学测量与解算技术,在基于惯性测量的单自由度关节角度结算上得到较好结果。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 矫正器 机器人学 行走 可穿戴 惯性测量单元
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下肢外骨骼的膝关节轴线自适应设计与尺度综合 被引量:1
6
作者 马春生 尹晓秦 +1 位作者 马振东 米文博 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期653-660,共8页
针对目前外骨骼膝关节与人体膝关节旋转轴线不重合,人机之间存在“寄生力”的问题,提出一种混联外骨骼膝关节和一种基于李代数的运动学规划算法。利用运动学模型建立驱动器和人体运动之间的映射,对人体运动进行感知,构建关节位形空间。... 针对目前外骨骼膝关节与人体膝关节旋转轴线不重合,人机之间存在“寄生力”的问题,提出一种混联外骨骼膝关节和一种基于李代数的运动学规划算法。利用运动学模型建立驱动器和人体运动之间的映射,对人体运动进行感知,构建关节位形空间。介绍了一种基于螺旋理论的参数选择方法,结合粒子群优化算法,以工作空间面积和全局传递指标为优化目标,优化了膝关节外骨骼的尺度。仿真和实验结果表明:膝关节外骨骼的工作空间覆盖了膝关节运动范围,支链传递效率均大于0.7;外骨骼可以精确根据人体运动调整自身运动轴线,消除人机之间的“寄生力”。 展开更多
关键词 膝关节 下肢外骨骼 轴线 自适应设计 尺度综合 螺旋理论 参数选择
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面向人体运动需求的人机闭链下肢康复外骨骼设计 被引量:2
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作者 李龙飞 朱凌云 苟向锋 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第8期53-60,共8页
患者进行康复训练时,外骨骼需满足人体康复训练需求,并保证人体各关节具有确切的运动。针对传统外骨骼髋关节自由度低及人机协调运动时产生运动偏差问题,提出一种含髋关节6连杆机构的下肢外骨骼,并对其人机接口进行优化设计,建立了人机... 患者进行康复训练时,外骨骼需满足人体康复训练需求,并保证人体各关节具有确切的运动。针对传统外骨骼髋关节自由度低及人机协调运动时产生运动偏差问题,提出一种含髋关节6连杆机构的下肢外骨骼,并对其人机接口进行优化设计,建立了人机闭链外骨骼优化模型。通过建立外骨骼单侧腿运动学模型,求解其运动学正解、反解、运动空间并检验外骨骼人机相容性,运用ADAMS软件对人体-外骨骼传统模型和优化模型进行了运动学仿真与分析。结果表明:外骨骼末端运动空间包含人体末端运动轨迹;人体各关节运动曲线与理论期望曲线运动趋势基本相同,优化后的外骨骼明显减小人机运动偏差。研究表明,优化外骨骼有助于更精准控制下肢各关节运动,补偿人体各关节的运动偏差,证明人机闭链外骨骼设计的合理性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 髋关节 人机接口 结构优化设计 运动学分析
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可穿戴下肢外骨骼康复机器人研究现状与发展趋势 被引量:50
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作者 李龙飞 朱凌云 苟向锋 《医疗卫生装备》 CAS 2019年第12期89-97,共9页
介绍了国内外可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究现状,指出了该领域目前研究的热点问题。分析了可穿戴下肢外骨骼康复机器人在设计生产中的驱动系统、感知系统、控制系统、人机匹配技术、人机交互技术和电池及管理技术等6种关键技术,指... 介绍了国内外可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究现状,指出了该领域目前研究的热点问题。分析了可穿戴下肢外骨骼康复机器人在设计生产中的驱动系统、感知系统、控制系统、人机匹配技术、人机交互技术和电池及管理技术等6种关键技术,指出了未来国内在可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研发方面应注重结构模块化及控制系统智能化,在康复效果监测方面应建立完善的康复效果评价系统等。 展开更多
关键词 可穿戴下肢外骨骼 机器人 康复 康复医疗 人工智能
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可穿戴式下肢外骨骼康复机器人研究进展 被引量:21
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作者 丁逸苇 涂利娟 +2 位作者 刘怡希 张冀聪 帅梅 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期522-532,共11页
对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了... 对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了不同外骨骼机器人的设备特点及应用场景,详细分析了机器人的驱动方式、控制系统以及训练模式等关键技术。最后,着重探讨了下肢外骨骼康复机器人未来发展所面对的挑战,并针对机械结构优化、驱动算法优化、康复流程智能化、基于虚拟现实技术的应用场景优化及康复效果评估等5方面提出了可行的探讨,对下肢外骨骼康复机器人未来的技术发展趋势作出可行分析。 展开更多
关键词 下肢外骨骼康复机器人 智能仿生机械设备 康复医学 脊髓损伤康复
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基于核化运动基元的外骨骼膝关节步态轨迹在线规划 被引量:9
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作者 周智雍 钱伟 +2 位作者 丁加涛 肖晓晖 郭朝 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期557-566,共10页
为了提高外骨骼机器人的适应性与人机交互安全性,提出了一种基于核化运动基元的步态轨迹规划算法,可根据使用者步态状态实时调整步态轨迹。在外骨骼膝关节上对算法进行了验证。结果表明,利用小样本量训练数据,算法能够通过在线调整形状... 为了提高外骨骼机器人的适应性与人机交互安全性,提出了一种基于核化运动基元的步态轨迹规划算法,可根据使用者步态状态实时调整步态轨迹。在外骨骼膝关节上对算法进行了验证。结果表明,利用小样本量训练数据,算法能够通过在线调整形状参数,保证预测轨迹与参考轨迹的形状相似;通过实时检测步态相信息,并在期望点处对步态轨迹进行在线调整,可生成适应使用者状态变化的运动轨迹。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 核化运动基元 步态在线规划 步态相
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下肢外骨骼机器人交互力激励估计与稳定性分析 被引量:1
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作者 汪步云 李正正 +3 位作者 许德章 程军 梁艺 杨鸥 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期54-67,共14页
为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人... 为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人机交互力,进而给出了CoM-CoP-CoA(质心-足压中心-加速度合成点)数学表达式,探究了人机交互力对外骨骼助行稳定性的影响。其次,在上述数学表达式的基础上,采用区域比较法,提出了基于矩阵不等式的外骨骼助行稳定性判据。再次,为探究助行速度与稳定裕度的关联关系,通过改进的稳定裕度描述法,提出了一种稳定裕度评价函数,用以优化外骨骼的助行速度。最后,开展了3种助行速度下的人机协同行走对比实验,分析了实验结果,并优化了人机协同行走时的速度。实验结果表明,所提出的稳定性判据和评价函数能够实现对外骨骼助行稳定性的判别及助行速度的优化。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 人机交互 多模信息融合 助行稳定性 稳定裕度优化
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高适应性下肢外骨骼机器人的结构设计与分析 被引量:2
12
作者 丛佩超 龙耀祖 万东宝 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第1期77-87,共11页
针对当前下肢外骨骼机器人适用范围有限及舒适性较差等问题,文中设计了一款具有高适应性的下肢外骨骼机器人,实现了腿部长度的连续调节;基于不同支撑周期内的系统受力状态,并综合考虑地面反力和人体驱动力影响,利用D-H参数法、拉格朗日... 针对当前下肢外骨骼机器人适用范围有限及舒适性较差等问题,文中设计了一款具有高适应性的下肢外骨骼机器人,实现了腿部长度的连续调节;基于不同支撑周期内的系统受力状态,并综合考虑地面反力和人体驱动力影响,利用D-H参数法、拉格朗日方程建立了下肢外骨骼机器人的运动学与动力学模型;运用三角函数样条插值法对步态采集仪收集的人体步态数据进行优化,得到了髋、膝、踝各关节间的运动关系;对文中设计的下肢外骨骼机器人进行了动力学仿真,得到了其相应的关节角度变化、足底受力及系统运动状态,上述仿真结果验证了文中设计方案的有效性,并为后续驱动电机选型及控制系统设计提供实验依据。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 高适应性 步态规划 ADAMS 动力学仿真
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基于GAN的多维时间序列人体步态数据增强
13
作者 李志康 廖伍代 +2 位作者 汪鑫 王燕 王双红 《赣南师范大学学报》 2021年第6期62-67,共6页
典型的外骨骼机器人控制策略通常需要大量的人体步态数据来计算控制器的参考输入;步态预测或分类任务也需要大量的步态数据用于模型训练.数据增强技术可以合成与真实数据分布相似又保持原始数据动态特性的人工数据,从而降低人工收集步... 典型的外骨骼机器人控制策略通常需要大量的人体步态数据来计算控制器的参考输入;步态预测或分类任务也需要大量的步态数据用于模型训练.数据增强技术可以合成与真实数据分布相似又保持原始数据动态特性的人工数据,从而降低人工收集步态数据的成本,有助于提高控制器的精度或模型的泛化能力.本研究以健康受试者在光学运动捕捉平台采集的原始步态数据为基础,通过建立多维和一维生成对抗网络模型学习真实数据的潜在分布从而生成相似分布的合成数据以达到一倍至数十倍增强真实数据的效果.对增强后的数据采用T-SNE可视化、JS散度和MAE度量两种数据的相似度,相比于一维时间序列GAN模型,多维时间序列GAN模型无论是从数据分布相似还是统计相似上精度都更高. 展开更多
关键词 生成对抗网络 多维步态数据 增强 下肢外骨骼机器人
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A Review on Lower Limb Rehabilitation Exoskeleton Robots 被引量:47
14
作者 Di Shi Wuxiang Zhang +1 位作者 Wei Zhang Xilun Ding 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期2-12,共11页
Lower limb rehabilitation exoskeleton robots integrate sensing, control, and other technologies and exhibit the characteristics of bionics, robotics, information and control science, medicine, and other interdisciplin... Lower limb rehabilitation exoskeleton robots integrate sensing, control, and other technologies and exhibit the characteristics of bionics, robotics, information and control science, medicine, and other interdisciplinary areas. In this review, the typical products and prototypes of lower limb exoskeleton rehabilitation robots are introduced and stateof-the-art techniques are analyzed and summarized. Because the goal of rehabilitation training is to recover patients’ sporting ability to the normal level, studying the human gait is the foundation of lower limb exoskeleton rehabilitation robot research. Therefore, this review critically evaluates research progress in human gait analysis and systematically summarizes developments in the mechanical design and control of lower limb rehabilitation exoskeleton robots. From the performance of typical prototypes, it can be deduced that these robots can be connected to human limbs as wearable forms;further, it is possible to control robot movement at each joint to simulate normal gait and drive the patient’s limb to realize robot-assisted rehabilitation training. Therefore human–robot integration is one of the most important research directions, and in this context, rigid-flexible-soft hybrid structure design, customized personalized gait generation, and multimodal information fusion are three key technologies. 展开更多
关键词 Control method lower limb exoskeleton Mechanical design REHABILITATION ROBOT
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并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析 被引量:21
15
作者 陈伟海 徐颖俊 +1 位作者 王建华 张建斌 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期158-166,共9页
针对下肢瘫痪病人,设计一种新型的平面三自由度并联式下肢外骨骼机构进行研究,运用指数积公式对该机构的位置正反解进行研究分析,同时对该机构的雅可比矩阵和运动奇异性进行分析。以工作空间最大为目标函数,分析影响并联机构工作空间的... 针对下肢瘫痪病人,设计一种新型的平面三自由度并联式下肢外骨骼机构进行研究,运用指数积公式对该机构的位置正反解进行研究分析,同时对该机构的雅可比矩阵和运动奇异性进行分析。以工作空间最大为目标函数,分析影响并联机构工作空间的主要因素,如连杆长度、运动副转角、人体关节角度等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间面积,分析各机构参数对工作空间的影响。在运动学分析的基础上,以满足人体正常行走时髋关节和膝关节运动范围要求,以提高机构运动学性能为目标,进行结构参数优化设计。初步分析结果表明,对机构参数进行优化,能提高运动学性能指标,该机构能够用于下肢瘫痪病人进行康复训练,为进一步并联机构的设计研究奠定了基础。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 指数积公式 位置正反解 工作空间
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下肢外骨骼机器人康复训练对脑卒中偏瘫患者下肢运动的影响 被引量:15
16
作者 李希 王秉翔 +4 位作者 李娜 曹丽娜 李爱华 冠潇 张志勉 《山东大学学报(医学版)》 CAS 北大核心 2023年第3期121-126,133,共7页
目的探讨下肢外骨骼机器人康复训练对脑卒中偏瘫患者下肢运动功能的影响。方法收集54例发病12个月内的脑卒中偏瘫患者,分为试验组27例和对照组27例。对照组患者进行常规康复训练及步行训练,试验组患者进行常规康复训练及下肢外骨骼机器... 目的探讨下肢外骨骼机器人康复训练对脑卒中偏瘫患者下肢运动功能的影响。方法收集54例发病12个月内的脑卒中偏瘫患者,分为试验组27例和对照组27例。对照组患者进行常规康复训练及步行训练,试验组患者进行常规康复训练及下肢外骨骼机器人步行训练。分别于治疗前、治疗2周后和治疗4周后予以步行功能评估,包括6 min步行试验(6MWT)、10 m步行测试(10MWT)和功能性步行分级(FAC);Fugl-Meyer下肢运动评定量表(FMA-LE)评估下肢运动功能;使用运动捕捉系统采集患者的步态时空参数。通过以上各项指标分析两组患者下肢运动功能的变化情况。结果(1)治疗2周和4周后,试验组和对照组患者6MWT、10MWT组内较治疗前均有明显提高,差异有统计学意义(P均<0.05);治疗4周后,两组患者6MWT与治疗2周组内相比有进一步提高,差异有统计学意义(P均<0.001),仅试验组患者10MWT组内较治疗2周比较,差异有统计学意义(P=0.0085);(2)治疗2周和4周后,试验组和对照组FAC评级和FMA-LE评分组内较治疗前相比有明显改善,差异有统计学意义(P均<0.01),两组治疗4周后FMA-LE较2周时有更进一步改善,差异有统计学意义(P均<0.001);(3)治疗4周后,试验组步行周期较治疗前(P=0.0035)、2周后(P=0.0032)相比,差异有统计学意义。结论下肢外骨骼机器人可有效改善脑卒中偏瘫患者的下肢运动功能、步行功能和步行周期,其疗效与常规步行训练相当。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 康复训练 脑卒中 偏瘫 步行功能 步态
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下肢外骨骼康复机器人人机交互力自适应导纳控制 被引量:18
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作者 屠尧 朱爱斌 +3 位作者 宋纪元 申志涛 张小栋 曹广忠 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期9-16,共8页
对于下肢具有残余肌力的下肢瘫痪病人,基于标准步态轨迹被动训练的康复方案无法满足锻炼肌肉的康复训练需求,为此提出了一种人机交互力自适应控制的下肢外骨骼康复机器人控制策略,并设计了可实现康复训练的控制方法。该方法以健康人体... 对于下肢具有残余肌力的下肢瘫痪病人,基于标准步态轨迹被动训练的康复方案无法满足锻炼肌肉的康复训练需求,为此提出了一种人机交互力自适应控制的下肢外骨骼康复机器人控制策略,并设计了可实现康复训练的控制方法。该方法以健康人体行走步态为下肢外骨骼康复机器人的位置控制参考,以穿戴者的自身腿部用力作为力控制约束,根据穿戴者自身腿部力量大小,智能控制和调整步态曲线,以更加适应穿戴者的康复训练需求。仿真试验结果表明,相对于完全被动的康复训练模式,自适应力控制模式能够有效地调整康复过程中人机交互力,可以适应多种不同的康复训练需求,从而大大提高受损患肢运动功能恢复的康复治疗进程,具有实际的应用价值。 展开更多
关键词 康复机器人 导纳控制 自适应滑模控制 下肢外骨骼
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下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析 被引量:17
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作者 曹慧林 于随然 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2020年第4期12-17,共6页
下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零... 下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼 机构设计 运动学分析 运动学仿真
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一种多功能下肢外骨骼机器人的设计与仿真分析 被引量:13
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作者 贾丙琪 毕文龙 +3 位作者 魏笑 徐国鑫 赵彦峻 孙一栋 《机械传动》 北大核心 2021年第1期59-64,共6页
针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求,设计了一种多功能下肢外骨骼机器人,利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型,采用拉格朗日方... 针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求,设计了一种多功能下肢外骨骼机器人,利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型,采用拉格朗日方法推导出动力学模型,计算各关节所需的理论力矩;建立虚拟样机模型进行动力学仿真,仿真数据与理论数据进行比较,验证了理论推导的准确性和外骨骼机器人设计的合理性,为后续电机选型提供了依据。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 结构设计 动力学计算 仿真分析
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Structure Design of Lower Limb Exoskeletons for Gait Training 被引量:11
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作者 LI Jianfeng ZHANG Ziqiang +1 位作者 TAO Chunjing JI Run 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期878-887,共10页
Due to the close physical interaction between human and machine in process of gait training, lower limb exoskeletons should be safe, comfortable and able to smoothly transfer desired driving force/moments to the patie... Due to the close physical interaction between human and machine in process of gait training, lower limb exoskeletons should be safe, comfortable and able to smoothly transfer desired driving force/moments to the patients. Correlatively, in kinematics the exoskeletons are required to be compatible with human lower limbs and thereby to avoid the uncontrollable interactional loads at the human-machine interfaces. Such requirement makes the structure design of exoskeletons very difficult because the human-machine closed chains are complicated. In addition, both the axis misalignments and the kinematic character difference between the exoskeleton and human joints should be taken into account. By analyzing the DOF(degree of freedom) of the whole human-machine closed chain, the human-machine kinematic incompatibility of lower limb exoskeletons is studied. An effective method for the structure design of lower limb exoskeletons, which are kinematically compatible with human lower limb, is proposed. Applying this method, the structure synthesis of the lower limb exoskeletons containing only one-DOF revolute and prismatic joints is investigated; the feasible basic structures of exoskeletons are developed and classified into three different categories. With the consideration of quasi-anthropopathic feature, structural simplicity and wearable comfort of lower limb exoskeletons, a joint replacement and structure comparison based approach to select the ideal structures of lower limb exoskeletons is proposed, by which three optimal exoskeleton structures are obtained. This paper indicates that the human-machine closed chain formed by the exoskeleton and human lower limb should be an even-constrained kinematic system in order to avoid the uncontrollable human-machine interactional loads. The presented method for the structure design of lower limb exoskeletons is universal and simple, and hence can be applied to other kinds of wearable exoskeletons. 展开更多
关键词 gait training lower limb exoskeleton structure design kinematic compatibility even-constrained kinematic chain
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