基于差分进化算法下肢康复机构的优化设计

文章针对基于运动轨迹的单自由度下肢康复机器人存在的足部踏板速度突变问题，提出一种平面连杆机构尺度综合的优化方法。对下肢康复机构进行运动学分析，建立正逆解的数学模型，构建机构的凸轮曲线与足部轨迹的运动学关系；采用差分进化算法对下肢康复机构进行尺度综合分析，通过构造优化目标函数优化模型中的各参数，得到一组机构参数的最优解。优化结果表明，采用差分进化算法优化后，可以降低下肢康复机构足部踏板的速度突变，提高装置的稳定性，同时保证足部步态轨迹与正常步态轨迹基本重合。研究结果表明，该优化方法可以为下肢偏瘫患者提供科学的康复训练轨迹，有助于其康复训练。最后，文章提出一种基于层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)的下肢功能康复评估指标体系，并建立一种以综合指标为基础的评估方法，该指标能够真实地反映患者在康复过程中的训练效率，使康复训练方式的选择更加科学、高效，更好地满足患者的康复需求。     

精确实现给定轨迹的混合驱动五杆机构

建立了混合驱动五杆机构实现轨迹的数学模型,并对该混合驱动五杆机构进行了逆运动学分析;以可控原动件加速度波动最小为目标函数,运用最优化方法,综合得到了混合驱动五杆机构的各杆长尺寸和伺服电机的转角函数.     

精确实现给定轨迹的混合驱动五杆机构

建立了混合驱动五杆机构实现轨迹的数学模型,并对该混合驱动五杆机构进行了逆运动学分析;以可控原动件加速度波动最小为目标函数,运用最优化方法,综合得到了混合驱动五杆机构的各杆长尺寸和伺服电机的转角函数.     

精确实现给定轧迹的混合驱动五杆机构

建立了混合驱动五杆机构实现轨迹的数学模型，并对该混合驱动五杆机构进行了逆运动学分析；以可控原动件加速度波动最小为目标函数，运用最优化方法，综合得到了混合驱动五杆机构的各杆长尺寸和伺服电机的转角函数。     

混合驱动五杆机构轨迹生成及其影响因素研究

应用机构逆运动学分析方法,对混合驱动五杆机构复杂轨迹的生成及其影响因素进行了研究。在对设计的混合驱动五杆机构进行逆运动学分析基础上,确定了机构两原动件驱动电机的速度关系,仿真分析了原动件运动规律和初始位置变化对输出轨迹的影响,并进行了实验研究。将机构实测轨迹与理论轨迹进行比较,验证了混合驱动机构实现任意复杂轨迹的可行性。     

下肢膝关节外骨骼仿生机构运动学研究

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。     

基于复合摆线的下肢假肢步态规划及运动仿真

摘 要 针对现有假肢产品步态质量不佳的问题,结合四连杆机构和磁流变阻尼器设计了一种磁流变阻尼下肢假肢。基于复合摆线理论对下肢假肢进行了步态规划,并对所得轨迹曲线进行了优化。通过对轨迹曲线的逆运动学求解,得到了下肢假肢的膝关节和髋关节曲线。为验证关节曲线和下肢假肢结构设计的合理性,采用SolidWorks Motion对下肢假肢进行了运动仿真吧,并且利用关节电机进行轨迹跟随实验。结果表明,在关节曲线的驱动下,下肢假肢能够实现连续稳定的行走,具有良好的步态特性。     

混合动力七杆机构的最优设计

从运动学角度研究混合动力七杆机构的设计准则与设计方法．首先,将变输入机构的理念加以扩展,提出了混合动力机器输入运动函数的设计准则;然后,以控制并改善输出运动特性为设计目标,以输入运动的限制为设计约束,基于最优控制理论建立了混合动力七杆机构输入运动函数的优化模型,转化成一个两点边值问题,应用梯度法进行求解;最后,给出了设计算例演示所提设计方法的程序,并验证其可行性．结果表明,基于最优控制理论的最优设计方法适合处理非线性优化问题,能够有效地平衡输入运动约束与输出运动要求之间的矛盾．     

齿轮-五杆组合机构运动学特征仿真分析

机械手常采用齿轮-五杆组合机构完成物料抓取动作,它由定轴轮系匀速旋转,向两自由度五杆机构传递运动.由于Ⅱ级杆组轨迹通过第Ⅰ级两个齿轮转角合成为位移输出,致使外伸点位移计算过程相对复杂,基于零件坐标变换求解的通用办法给出齿轮-杆组合机构的运动学推导结果,但编写程序完成仿真及后处理过程仍相对困难.为直观表达机构运动学规律,由AD-AMS软件建立参数化模型,通过改变杆件长度、传动比和连架杆起始角相位差,寻求连架杆输出轨迹的改变规律.仿真结果表明齿轮对两曲柄的运动关联输出导致增大连架杆初始相位角时,外伸杆端点轨迹在横、纵两方向上均增大.     

一种研究球面机构运动学的新方法——Ⅱ球面六杆机构的运动学研究

本文继续研究多种球面六杆机构的运动学问题,导出了几种球面六杆机构以输入转角为参数的连杆曲线方程,得到了连杆点位置及连杆方向的显性表达式,将这些表达式用于球面六杆再现轨迹和刚体导引机构的运动分析与优化综合,优点显著。     

一种冗余机械臂逆运动学求解和优化方法

为解决冗余机械臂逆运动学求解困难的问题,提出一种基于关节角参数的逆运动学求解和优化方法．首先推导了正向运动学,并基于关节角参数化法得出了解析逆运动学;然后提出综合考虑避关节极限约束与运动连续性约束的目标函数,该目标函数充分考虑了不同工作状态的差异性;最后引入带惯性权重的粒子群算法加快求解速度．实验结果表明：逆运动学求解平均时长为1.19μs,误差在10 nm以内,能够求出给定参数值的所有解,结合避关节极限和运动连续性的优化目标能够求出最优解,在直线与圆弧两种路径跟踪实验中比传统方法分别提高了68.4%和58.0%的优化效果．     

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解.采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据.     

基于遗传算法的五杆机构运动性能优化

为了解决现有的平面五杆机构的运动性能优化问题,以平面对称的五杆机构作为优化对象,以并联机构的雅克比条件数作为目标函数,采用非线性规划的遗传算法,对五杆机构的杆长进行优化.按照所得的五杆机构优化后的杆长,在MATLAB中进行了运动学仿真,并得到了优化前后五杆机构第三关节处的运动轨迹.进一步计算出优化前后的五杆机构的雅克比条件数,得到了相应图表.结果表明:所提出的优化算法可以有效地提高五杆机构的性能.     

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解。采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据。     

两自由度函数综合仪的类型综合

本文应用杆组综合理论,在杆组外副上併接输入构件及机架的方法进行两自由度函数综合仪的类型综合。结果得到七杆机构的结构型式1种,九杆机构的结构型式17种;与文献[2]用八杆机构增加一个构件的方法综合九杆两自由度机构所得结果相同。文中所述杆组综合的步骤与方法,将是杆组的运动分析及力计算的基础,这三者组成一个多杆多自由度机构分析与综合的理论体系。     

一种下肢康复机器人机构及匀速训练方法的研究

针对下肢具有功能障碍的偏瘫或残疾患者,文章研制了基于五杆并联机构的新型坐式下肢康复机器人,建立了患者下肢与康复训练机构的人-机参数化模型,并利用闭环矢量法对模型进行运动学正、逆分析,推导出其运动学方程。根据运动学分析并利用Matlab进行编程,分段拟合得到匀速训练下曲柄角速度与时间的函数,并在Pro/E软件中进行验证,仿真数据表明该函数和运动学分析结果是正确的。     

二自由度球面定点并联五杆机构的运动学分析

以刚体空间运动学为基础,借助欧拉角法与球面解析几何方法建立由平行四杆驱动的二自由度球面定点五杆机构运动学模型,并对其运动学特性进行分析;运用三维CAD软件对运动过程进行仿真,将理论计算与仿真结果进行对比.结果表明,所建立的二自由度球面定点五杆机构运动学模型准确有效.     

五杆两自由度机构可动性的充分条件

以两原动件运动的任意组合使机构运转到最难达到的位置作为机械模型,推导出两自由度五杆机构的可动性充分条件。提出的两种五杆两自由度机构的可动性充分条件为机构尺寸综合提供了尺寸约束条件。这一原理和方法也可以用于更为复杂的两自由度机构     

下肢外骨骼矫形器运动学分析

基于减重步行训练原理,研究下肢外骨骼矫形器康复系统.针对下肢康复训练机器人不存在固定基座,利用常规的方法进行运动学分析较困难的问题,引入参考坐标系的坐标变换矩阵,建立下肢康复训练机器人运动学模型,推导出步行训练机器人正逆运动学公式.最后规划步态轨迹,利用ADAMS软件进行运动学仿真和双腿外骨骼矫形器样机试验,验证了运动学模型及其推导公式的正确性.     

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.