摘要：针对现有手部康复机器人精细化操作不足与人机相容性较差的问题,从脑卒中临床康复需求出发,基于人体解剖学理论,提出一种新型欠驱动食指外骨骼康复机器人。采用2-UPS并联机构与鲍登线的新型组合设计,实现了掌指关节二自由度主动康复运动,提高了机器人精细化操作能力;在设计过程中将指骨作为人机闭式运动链的组成部分,并探讨了食指屈曲/伸展与内收/外展运动的耦合关系,完善了患者康复训练中的约束条件,使机器人运动与人体自然运动更加协调,提高了机器人的人机相容性;求解了机构的运动学反解,分析了机构的工作空间并完成了仿真验证;搭建实验样机并开展了机构性能测试,基于对15个被试开展的人机工程学与康复运动舒适性的调查问卷结果,采用层次分析法对设备进行了评价,结果表明该机构可以满足使用者的康复需求。

摘要：在多关节步行机器人控制策略中,全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点;机器人的工作环境通常多变且复杂,对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求,故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题,在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合,对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法,用CPG完成机器人的基础步态,完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建,并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系;再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力,并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明:所提出的步态控制算法有效;新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力,这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。

摘要：为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM (continuous passive motion,连续被动运动)、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。

摘要：针对现有踝关节康复机器人难以充分拟合踝关节复杂运动,人机相容性较差的问题,提出一系列与踝关节实际骨结构匹配程度更高的串联等效拟合模型。为满足踝关节串联等效拟合模型对康复机器人机构本体的功能需求,给出一种具有串联等效拟合模型的广义球面并联机构型综合方法。首先枚举出广义球面机构的基本构件及运动副,并依此构造出广义球面支链。继而基于螺旋理论分析单支链以及多支链组合对动平台的约束性能,给出支链的组合条件与原则,阐明不同支链在机构中作用的异同,并依此归纳出位置支链和姿态支链两类广义球面基本支链。最后基于基本支链的约束特性,根据支链组合条件,综合出一系列适用于踝关节康复机器人本体研究的广义球面并联机构,并通过螺旋理论证明其与踝关节串联等效拟合模型的自由度数及性质具有一致性,为此类康复机器人本体设计提供理论依据。

摘要：针对脑卒中早期卧床患者身体虚弱、平衡能力差的特点,提出一种坐卧式下肢康复机器人,可以实现患者下肢在矢状面和冠状面内的空间运动。对这一康复机器人进行机构设计,对其连杆机构进行运动学正反解计算,求解速度雅可比矩阵,并通过五次多项式插值规划路径。为提高这一康复机器人在操作空间中轨迹跟随的准确性,设计比例微分交叉耦合控制器,并通过仿真验证其优越性。

摘要：为了适应现代化农业对机器人的新要求,该文基于仿生学原理,提出一种可变自由度、轮足复合式、串并混联机构作为四足机器人的腿部机构。该文首先对机器人的整机和腿部机构进行了构形设计,并进行了位置分析;然后,根据农业上的一般地形和障碍物地形,规划了机器人足端普通轨迹及越障轨迹,并利用软件进行了轨迹仿真;其次,根据机器人静态及动态稳定性判据,在保证稳定性的前提下,完成了机器人对角小跑步态规划,并进行了仿真研究;最后,对机器人单腿样机进行了足端轨迹规划验证试验。试验结果表明:该单腿样机可以按给定的轨迹运动,证明该机器人机构设计是可行的,足端运动轨迹规划是正确的。但实际轨迹和理论计算轨迹存在误差,y轴方向最大误差2.5mm,z轴方向最大误差5.3 mm,误差均小于10 mm,在允许范围内,该机器人能够满足农业现代化的使用需求。

摘要：剖析人体踝关节生理结构及运动特性,提出一种四自由度广义球面并联机构来满足踝关节康复运动需求。采用螺旋理论分析机构运动特性,基于球坐标描述位置、欧拉角描述姿态的方法,建立机构位置逆解封闭矢量方程。根据逆解约束条件分析机构工作空间,以机构动球心工作空间匹配踝部胫距关节运动空间、动平台工作空间匹配踝部距下关节运动空间为目标,采用遗传算法对机构关键尺度参数进行优化设计。研究结果表明,该广义球面并联机构工作空间能够满足人体踝关节康复实际运动空间。通过本文研究结果,可为高匹配度踝关节康复机器人本体设计提供理论依据和实验参考。

摘要：针对当今社会对助老助残机器人的需求,设计了一种基于4(2-UPS+UP)并联机构的四足步行椅机器人。首先,介绍了该机器人的整体构型及各杆件设计参数,建立了单腿机构的数学模型,求解了该机构的自由度。其次,对单腿机构进行位置分析,计算了其工作空间。最后,在对末端点行走轨迹进行规划的基础上,得出了轨迹曲线函数,并对单腿机构进行实验研究。实验结果表明,机构实际轨迹曲线与理论曲线误差在合理范围内,验证了机构设计的合理性以及轨迹规划的可行性,为四足步行椅机器人的设计与控制提供了理论参考。

摘要：为提高轮足复合式救援机器人末端执行器的精度,通过建模将末端可控和不可控的几何误差源分离,指导机构的精度设计和运动学标定。以三自由度(3-DOF)混联机械腿为研究对象,研究少自由度串并混联机构的误差建模方法。首先,基于仿生学原理提出(2-UPS+U)&R串并混联机构,以此为基础设计轮足复合式救援机器人;其次,基于空间向量链方法建立坐标系,分析几何误差源,研究其对末端位置误差的影响;然后,利用统计模型描述该影响,由灵敏度分析结果得出在加工装配过程中必须严格控制万向节和转动关节误差;最后,进行了单腿样机足端点运动轨迹跟踪实验。实验结果证明了上述方法的可行性和正确性。