移动式康复训练机器人及下肢康复运动分析

提出了一种融合轮椅助行与康复训练为一体的移动式康复训练机器人的设计,该机器人除可实现坐、卧、站、助行等基本功能外,还兼具下肢康复训练能力.首先对移动式康复训练机器人的结构原理进行了介绍,其次针对机器人坐姿状态下的下肢康复机构进行了运动学建模.针对坐姿状态下下肢训练机构关节空间与训练空间的广义坐标不同,建立了下肢训练机构训练空间与关节空间的映射关系模型.最后基于所设计的下肢训练机构,对其可实现的典型训练模式进行了规划分析,证明了本研究中下肢康复机构设计的有效性.     

一种单电机驱动外骨骼康复机械手的 机构设计与运动分析

根据人手生物学结构,文章设计并制作了一种可用于手指康复训练的外骨骼机械手。该康复机械手由单一电机驱动,可同时训练5个手指,每个手指训练机构具有2个自由度,分别完成弯曲/伸展和内收/外展运动。文章详细介绍了康复机械手的结构及功能,采用封闭矢量方程建立了康复机械手训练机构的运动学模型,并分析了康复机械手的运动空间;利用ADAMS软件仿真了康复机械手各个关节点、指尖点的运动轨迹和3个关节所受到的力与力矩。制作的样机近端指间关节和远端指间关节弯曲角度关系曲线与正常成年男性食指的对应关系曲线相比较,可决系数R~2=0.913 4,验证了该康复机械手设计方案的可行性和功能性。     

欠驱动灵巧手的优化设计及仿真分析

传统欠驱动机械手的运动空间相对固定、操作功能单一,对抓取物没有较强的自适应性,为此设计一种新的连杆式欠驱动灵巧手机构,并进行设计优化和仿真抓取实验。阐述了该灵巧手的整体机构设计及工作原理,其可实现包络和指尖两种抓取模式。根据手指的几何尺寸采用协同耦合方式设计手掌尺寸,利用可变手掌协同手指抓取,提高了灵巧手在抓取形状复杂和不同尺寸物体时的自适应性。基于虚功原理建立灵巧手单指各关节的接触力模型,针对抓取过程中存在的抓取力不足及抓取不稳等问题,使用NSGA-II优化算法对单指机构的杆长进行尺度综合。利用建立的虚拟样机进行仿真抓取实验,结果表明,该灵巧手具有较强的自适应性,能够稳定抓取多种形状和尺寸的物体。     

医用康复机械训练手动力学仿真研究

医用康复机械训练手是一种辅助人体手部关节运动的机械系统,它根据人体手部结构特点以及可穿戴康复机械训练手的功能要求,在原有康复机械手机械结构的设计基础上,利用三维设计软件对已有康复机械手的结构进行改进设计,使外骨骼康复机械手能够满足辅助人体手部康复的功能。并利用多体动力学软件ADAMS建立康复机械训练手虚拟样机模型,分别从空手和抓握杯子两种情况对机械训练手进行动力学分析,分析结果得到两气缸驱动的合理范围和结构尺寸,为机械手的设计、优化与运动控制提供参考数据。     

一种柔索驱动手指康复机器人设计与动力学分析

本文基于脑卒中患者后续康复训练需求,设计了一种柔索驱动的手指康复训练机器人,通过UG和ADAMS建立机器人三维模型,模拟对患者进行康复训练过程配置仿真环境,并进行动力学仿真,分析仿真过程中手指三个关节与机器人系统的驱动柔索、滑块受力和力矩数据,表明康复机器人设计符合手指的康复要求,能够帮助患者进行康复训练,仿真结果显示正常工作时柔索受力为55N,计算输出扭矩最大值为0.22Nm,依次结果对驱动装置进行选型,为后续实验开展奠定基础     

一种穿戴式康复外骨骼机械手的设计和分析

基于大脑可塑性理论和连续被动康复训练运动(continuous passive motion,CPM)疗法在手部康复的运用,文章设计了一种外骨骼机械手.该机械手各手指设置一个自由度,利用双平行四边形投影机构和关节对中结构相结合的方式带动患指;为适应康复时的手部姿态,设计腕关节弯曲机构和桡尺关节翻转机构;对手指训练机构进...     

高欠驱动的拟人机器人多指手

为改进清华大学研制的TH-1型拟人机器人手的传动机构,设计了一种欠驱动手指机构。该手指机构可用于拟人机器人手上,以较少的驱动器获得较多的关节自由度,同时获得较好的自适应抓取功能,降低装置对控制系统的要求。以该欠驱动手指机构为基础,设计了一种高欠驱动的拟人机器人多指手——TH-2手。研究结果表明:TH-2手具有高度拟人化、高欠驱动和高集成度,以及实时控制容易、体积小、质量轻、抓取功能较强等优点;TH-2手适合安装在拟人机器人上使用。     

实用型康复外骨骼机械手的机构设计与分析

针对脑卒中患者在康复期缺乏合适手部训练装置的问题,基于耦合连杆机构可实现预定轨迹的原理,文章设计了一款实用型康复外骨骼机械手,该机械手采用单一驱动模式,可根据患者康复的情况改变训练方式,并且加入健肢训练以促进神经功能的恢复。为解决手指双自由度问题,设计了十三杆机构;依据正常人手抓握规律,优化了各杆件的尺寸和初始角度,并进行了关节角度仿真;最后通过样机的五指训练和角度测量试验,验证了该机械手的可用性和有效性。     

一种欠驱动3D打印机械手的结构设计

本研究目的是为UR5机器人设计一种结构简单易于控制的欠驱动3D打印机械手.欠驱动结构是指驱动器数目少于本身自由度数目的机构.根据此设计原理设计出通过一个伺服电机驱动4根手指,每个手指由两个指骨构成的欠驱动3D打印机械手.机械手电机通过滑轮系统与手指连接,每个手指都可独立移动,使得机械手可抓取各种不规则物体.通过抓握类型分析、机械手机构设计、手指滑轮系统的优化,确定设计参数设计出机械手.采用3D打印技术能廉价、快速地制造机械手零件.机械手能很好地保持抓取时的稳定性、对抓取对象的适应性和降低机械手结构的复杂性.     

新型救援工程机械末端执行器轨迹控制研究

针对救援工程机械在复杂环境下的控制问题,利用工程机械机器人化思想,文章提出了3种不同的控制方法,满足了在救援过程中不同的动作要求,确保了动作的稳定、准确与可靠;同时根据新型救援工程机械机械臂手末端能动机械装置的冗余性,结合其大尺寸结构与变负载工况特点,运用D-H法建立结构杆件模型及各关节坐标系,并通过解析函数式的运动学逆解方法,得到特定末端执行器关节空间的轨迹所需的各驱动关节角度;利用Matlab中的SimMechanics工具箱建立运动学仿真模型并进行仿真,最后进行实验,实验结果表明利用该仿真方法可以准确、有效地实现半自主式的末端控制。