应用ADAMS软件对点焊机器人大臂机构进行动力学仿真研究

针对六自由度点焊机器人设计过程中的动力学问题,通过建立Pro-E仿真模型,及其与大臂机械动力学模型等价的ADAMS仿真模型,在此基础上进行其动力学分析。仿真研究了机构关节的运动过程及其工作极限点;并在给定机构关节运动范围内,仿真研究其动力学特性。     

步行中下肢关节动力学以及表面肌电的研究综述

步行是我们日常生活中最为普遍的运动,要想深入地了解这项运动,必须对行走过程中控制人体运动的关节力矩进行分析。单纯的运动学或动力学研究不能准确揭示出人体步态所蕴藏的生命信息,因此,从关节动力学角度结合表面肌电研究人体步态已成为当前研究的热点。通过多环节运动的动力学方法可对下肢关节动力学指标进行分析与探讨。目的：综述人体运动中下肢关节力矩、关节功率等关节动力学参数变化,以及肌电相关指标的变化。方法：检索PubMed和中国知网数据库中有关步行时下肢关节动力学的文章。英文检索词为Joint kinetics;Walking;sEMG,中文检索词为“关节动力学;步行;表面肌电。”结果与结论：目前对于人体步行中下肢关节动力学的研究：在研究指标上,单一指标的研究较多,多指标的综合研究不足。在研究对象上,针对青年人群和步行障碍患者的研究比较多,对老年人和儿童的相关报到较少。在研究内容上,针对背部负重行走的步态研究居多,对负重损伤的力学机制研究较少,在研究结果上,一些结论之间相互矛盾,负重影响人体步态的确切机制仍然模糊不清。     

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。     

基于微型传感器的虚拟人运动控制

利用传感器数据和相邻肢体段相互关联的特点,根据人体运动特征建立了层次化结构的虚拟人运动模型,通过微型传感器采集的数据驱动虚拟人每个关节旋转,计算出关节的旋转角度,给出基于下肢运动的人体位移的计算方法。最后采用微型传感器数据和前向动力学相结合的方法对虚拟人运动进行控制,实现人体运动的重现。     

基于柔性关节的下肢康复机器人设计与分析

结合国内外现有的下肢康复产品及研究成果,研制了具有柔性关节的坐/卧式下肢康复机器人,采用摄像分析法进行步态分析,并对下肢康复机器人进行了动力学建模、分析及仿真.研究表明,下肢康复机器人对脑卒中患者的康复训练、脊髓损伤和截瘫、骨折患者的重新行走均能起到辅助作用,实现患者恒力恒速运动.      

行列式制瓶机钳瓶机械手机构组成及运动学分析

为提高移瓶速度、提升工作效率,设计了行列式制瓶机钳瓶机械手机构并对其进行了运动学分析。在SoildWorks环境下建立钳瓶机械手机构三维模型,对机构各关节组成部分进行分析;通过等距原则进行插值点规划,对钳瓶机械手机构各关节运动(位置)进行控制;在Adams环境下以大臂运动演变为例,分析其运动变化趋势。结果表明:该行列式制瓶机钳瓶机械手机构能提高移瓶工作效率,保证工作的平稳性和可靠性。     

人体下肢行走关节连续运动表面肌电解码方法

为实现人体下肢步态动作的连续识别,提出了一种利用表面肌电信号进行下肢关节运动角度连续解码的方法。首先利用光学运动捕捉实现下肢关节运动角度的计算,然后采集下肢运动相关主力肌肉的表面肌电信号并提取其活动强度信息;在此基础上,基于受限玻尔兹曼机构建深度自动编码器(DAE),实现多路表面肌电信号强度时间序列的低维空间编码和最优特征提取;最后,利用BP神经网络建立特征量与关节矢状面运动角度之间的非线性回归模型。实验结果表明:该方法提取的信号特征信息优于传统的主量分析方法,采用提出的模型能够更精确地估计下肢关节连续运动角度,其估计值与真实值的均方误差较传统方法降低25%~35%。研究结果为人机交互接口技术的开发、实现下肢可穿戴智能装备的生物电连续控制、提高人机运动平稳性奠定了基础。     

基于Matlab的人体膝关节动力学仿真平台设计

在对小腿运动学和膝关节动力学分析的基础上,开发了一款基于Matlab的各种步态下人体膝关节动力学仿真平台.基于反向动力学原理,编写了Matlab计算程序,设计了仿真平台的图形用户界面(GUI),通过读取运动捕捉系统采集的下肢运动信息及三维测力台的支反力,实现了各种步态下膝关节关节力、关节力矩的快速计算.以正常步态为例,通过对一名健康人体右侧膝关节分析,并与Visual 3D软件结果进行对比,验证了该平台的可靠性,从而为人工膝关节置换和膝关节康复运动评定提供了一种新的分析工具.     

跑跳中下肢关节肌肉生物力学特性测试方法的研究

通过直接测量下肢环节的加速度后换算成角加速度,并利用积分平滑的方法处理下肢坐标数据,利用人体简化模型进行逆向动力学的研究,得到了跑动中下肢关节力矩的变化规律。本方法可用于跑跳中下肢关节肌肉力矩生物力学特性的研究。     

跳跃机器人各关节的动力学仿真分析

基于跳跃机器人在越障方面优于轮动或爬行机器人的特点,设计了一个三关节跳跃机器人,并建立了简化的机构模型.从分析力学的角度对机器人进行运动分析,采用拉格朗日法建立了站立相和腾空相的动力学方程,并用Matlab对动力学方程进行了数值仿真.仿真结果表明各关节在电机驱动下有小幅度振动.这一结果说明在研究跳跃机器人的稳定性时,要解决各关节小幅度振动问题.     

基于立体视觉的冗余度TT-VGT机器人避障规划

本文提出了采用立体视觉进行障碍物距离检测,通过视觉反馈,及时调节机器人末端运动轨迹以实现避障规划的方案;并根据冗余度TT-VGT机器人的机构特点提出了相应的避障判据,设定了最大无碰撞距离和末端与杆件之间最大偏差;最后对冗余度TT-VGT机器人空间运动进行了图形仿真.     

下肢外骨骼机器人在运动康复中的协同性研究

运动员在日常训练或在比赛中出现的损伤给运动员造成了巨大的痛苦.文章研究一种可以帮助受伤运动员进行康复训练的下肢外骨骼机器人,首先,分析人体的运动过程,然后通过大量不同人体尺寸下的步态数据分析,掌握人体步行各个循环阶段下肢各关节的运动学规律,并对下肢外骨骼机器人用拉格朗日法建立了动力学模型.其次,根据建立的动力学模型和下肢外骨骼机器人的特性设计了一种基于鲁棒自适应PD控制的控制系统,并对其进行仿真,证明设计模型的可行性.     

下肢外骨骼机器人的控制仿真研究

下肢外骨骼机器人是一种复杂的非线性系统,有效控制策略对于人机系统运动的协调一致性至关重要.本文基于外骨骼机器人的动力学分析,提出了下肢外骨骼机器人的控制系统设计,采用模糊PID控制算法,结合ADAMS和MATLAB/Simulink软件,分别以角度误差和关节力矩作为系统输入输出量,对下肢外骨骼机器人的动力学与控制进行联合仿真.仿真结果验证了所提控制算法的有效性,为保证人体与机器人之间的运动协调性和一致性的良好控制提供了理论依据.     

基于MATLAB的双足仿生电动移动平台设计

通过MATLAB设计了一种新型代步工具平台——双足仿生电动移动平台.利用MATLAB平台下的虚拟现实工具箱,视频采集工具箱以及GUI,Simulink仿真等软件,建立并驱动人体下肢三维模型,完成人体下肢运动控制仿真;在GUI人机交互界面,通过摄像头对人体下肢运动情况进行运动捕捉,提取髋骨关节、膝关节及踝关节在运动过程中...     

考虑关节间隙的插齿机主传动机构动态特性

针对插齿机的工作要求,设计了双曲柄-曲柄滑块机构为插齿机的主传动机构.建立了双曲柄-曲柄滑块机构的含关节间隙多体动力学的模型,并进行了运动仿真.研究了不同大小的关节间隙、不同位置关节间隙对滑块运动特性的影响.研究结果表明:同一关节处,随着间隙的增加,工作行程滑块的速度特性变差,但是滑块位移曲线不变;在不同关节施加同样大小的间隙,滑块的位移与速度均受到影响;关节E处的间隙会使得滑块速度波动幅值最大,同时会增加滑块行程,使得滑块回程时的最大速度滞后,但数值会增加.研究结果可对插齿机主传动机构的开发提供参考.     

基于迭代学习控制的下肢外骨骼康复训练机器人运动策略

将具有不依赖系统模型精度，并且能够通过不断学习实现高精度控制等优点的迭代学习策略应用于下肢康复训练机器人运动控制.通过分析人体下肢结构与运动特征，得到下肢外骨骼系统各关节的空间位置参数；采用拉格朗日法对下肢外骨骼康复训练系统进行动力学分析，设计迭代学习控制器.仿真结果表明：迭代学习控制策略能够实现高精度跟踪期望轨迹的目标.     

圆柱铰间隙运动学分析及动力学仿真

含关节间隙的多体系统动力学精细的仿真计算必须依赖于对关节处2相对运动体的运动学描述.针对工程中常见的圆柱铰关节,建立了识别间隙铰处碰撞接触模式的运动学关系.该运动学关系直接基于间隙铰关节的几何构形来确定运动过程中潜在碰撞接触点对之间的最小距离,避免了一般多体系统确定碰撞接触点的搜索过程.基于Hertz接触刚度并考虑阻尼效应的影响建立法向接触模型,采用修正的库仑模型考虑关节处的摩擦作用.针对一曲柄机构进行了仿真计算,研究了空间间隙、摩擦系数、杆件的柔性等因素对系统动力学特性带来的影响.     

肘节摆动夹紧机构的运动及能量分析

通过对肘节机构的研究,在分析肘节摆动夹紧机构的基础上,提出了一种对肘节摆动夹紧机构运动及其能量分析的方法。首先利用向量法对机构进行了位置、速度及加速度分析;其次利用多体动力学的方法对机构进行动能分析,从而得出在工作过程中整个机构所消耗的能量。     

双自由度串联机械手的输入转矩优化

针对串联机械手在执行任务过程中执行机构输入转矩较大,导致机构运动不平稳的问题,创建双自由度串联机械手运动简图模型.采用能量最小化控制方式,构造能量控制的动力学方程,分析机械手关节角度、连杆质量及各关节之间的距离,确定优化关系式.采取优化方法计算输入转矩的控制方程,得出输入转矩的最佳尺寸,并结合具体实例,在Matlab/Simulink软件中对优化后输入转矩进行仿真.结果表明:与优化前的仿真结果相比较,优化设计后机械手输入转矩较小,整体波动相对平稳,效果较好.     

仿蛙机器人起跳阶段动力学及仿真分析

针对弹跳机器人高驱动功率的要求,设计了一种含有弹簧储能机构的间歇式跳跃仿蛙机器人。为了分析机器人在弹簧储能机构驱动下的起跳运动规律,对机器人起跳阶段的动力学进行了研究。首先建立了简化的机器人机构模型,并采用D-H方法建立了机器人起跳阶段的位置、速度和加速度方程;然后根据多刚体动力学拉格朗日方法推导了机器人起跳阶段的动力学方程,并利用MATLAB对拉格朗日方程进行数值求解,得到了机器人起跳阶段的关节角度变化规律、质心运动轨迹和起跳完成时刻质心速度。最后利用ADAMS进行了起跳阶段的动力学仿真,验证了动力学方程数值求解结果的有效性。