摘要：设计了一种基于鲁棒PID控制器的下肢康复机器人步态轨迹自适应协作控制方法。首先,利用逆系统解耦理论及下肢康复机器人动力学模型,将机器人系统解耦成2个独立的二阶积分系统。其次,考虑到系统模型的不确定性,在解耦后的系统模型基础上,通过将鲁棒PID控制器的设计问题转化为一个多目标H2/H∞静态输出反馈优化问题,设计优化的鲁棒PID位置控制器,并在此基础上进一步提出了一种依据患者主动力的步态轨迹自适应协调控制方法。最后,在MATLAB-Simulink和Adams联合仿真环境中对所设计的控制器性能进行仿真验证,并在实物样机中对健康训练者进行了步态轨迹自适应的主动训练实验。仿真和实验结果表明,基于设计的鲁棒PID控制器的步态自适应协调控制方法能在模型不确定的情况下保证系统的稳定性,并实现期望的关节轨迹的自适应调整和跟踪,以满足患者主动参与康复训练的目的。

摘要：把阻抗控制理论运用到步行康复训练机器人系统中,使用基于位置的阻抗控制模型设计了系统的控制器.提出基于阻抗模型的步态轨迹自适应算法,并分析了系统的误差.在建立的SolidWorks、Matlab、Adams虚拟样机联合仿真平台上进行了主动康复训练的仿真实验,并在实物样机上进行了健康训练者的实验.结果表明,该控制器能够实现机器人根据人机交互作用力的变化不断调整步态轨迹,适应患者的步态要求,并可通过调节阻抗参数改变步态自适应程度和训练的柔顺性,满足患者主动参与康复训练的目的.

摘要：针对地震废墟环境,为扩大内窥镜式生命搜救仪的搜救范围,使其能够被送进到狭小的废墟缝隙中,研制了一种用于废墟搜救的内窥镜式生命搜救仪的送进机器人.首先,对镜体的送进机理以及机器人结构作了详细的理论分析,然后对分析结果进行了运动学仿真验证,并据此设计出机器人样机.通过多机器人协作,配合前拉后推的送进方式和头部偏转机构的方向控制,可以逐节渐进式地将柔性内窥镜镜体送进到废墟缝隙中.样机实验结果表明,该机器人能够平稳有效地完成对柔性内窥镜镜体的送进工作.

摘要：将位置敏感器件（PSD）和其它元器件相组合，组成了介入式测量装置。通过使测量装置沿管道行进，获得管道内若干个测量点的方位，进而拟合得到地下管线的方位。该探测装置不受地下管线埋藏深度、密集程度和周围环境的影响，适用于内径为80～130mm、弯曲半径为50～1000m的管线。通过探测摆角的实例，得出实际测量值在水平方向上的测量误差为7．45％，竖直方向上的测量误差为1．07％。

摘要：用光纤光栅(FBG)设计了曲面传感阵列,利用了空分复用和波分复用技术构建传感网络检测系统。传感器的数目根据检测仪器的最大解调范围确定;传感器的位置分布由振动波传播理论确定。综合考虑曲面应力状况和变形特点,在振幅最大的位置布置传感器,在曲面应变大的位置布置稠密,反之稀疏。根据曲面变形的有限元模型,实现了模拟太阳能帆板柔性曲面传感网络设计,并对传感网络的检测精度进行测试。实验表明,传感网络中传感器波长改变与曲面变形位移具有良好的线性关系,传感网络中传感器位置合理,传感网络能够检测帆板曲面样机的多种变形。传感器封装长度保持40 mm时,传感器测试误差仅为0.4%,柔性曲面测试误差<4%。

摘要：下肢运动预测对于步行康复机器人患者主动训练控制系统的设计具有重要意义。提出一种基于广义回归神经网络(GRNN)的利用肌电信号预测踝关节角轨迹算法:分别用肌电图仪和三维运动捕捉仪同步采集踝关节做屈伸运动时周围五块肌肉的肌电信号和踝关节角度,并对肌电信号进行特征提取。基于主分量分析的数值算法对肌电数据进行降维,得到肌电主分量信号。基于肌电主分量信号利用GRNN算法预测踝关节角轨迹,用黄金分割搜索算法确定GRNN中的最佳平滑参数σ。采用小波消噪算法对踝关节角预测轨迹进行滤波以提高预测精度。用上述算法对9名志愿者进行实验的结果表明:该方法预测精度较高,与BP神经网络预测算法相比运算时间短且预测误差较小,因而更适用于下肢关节角轨迹的在线预测。

摘要：通过基于光纤光栅(FBG)传感网络的内窥镜空间形状实时检测系统的搭建,提供了一种新型的内窥镜形状的感知手段。针对内窥镜形状感知的具体要求,进行了光纤光栅大曲率传感器原理研究以及微小尺寸光纤光栅传感网络设计。在不改变内窥镜的结构的前提下,将光纤光栅传感网络介入其固有手术钳道,通过传感网络感知内窥镜上多个离散点空间曲率变化,利用离散曲率形状重建算法重构出内窥镜形状。在此基础上搭建了智能内窥镜实时形状感知系统,给出了数据处理方法和动物试验结果。

摘要：以设计结构紧凑、工作空间大的力/触觉反馈器为目标,研究了Delta并联机构的运动学和工作空间特性。在改进Delta机构的基础上,引入支链机构的偏置安装角度α,利用矢量法求解了机构的位置逆解和正解,并通过算例验证了方程求解正、逆解的正确性;根据逆解公式推导出单开链子空间包络体边界方程,绘制分析了驱动杆与摆动杆长短不同时3种情况下的子空间几何形状。然后,详细讨论了α对整体工作空间和机构总体外围尺寸的影响,采用数值法得出了偏置安装角度α与工作空间最大内切球体体积的关系图、偏置角度与整体外围尺寸的关系图,并利用matlab绘制出整体空间截面图。最后,以上述最大内切球体为设计空间,结合雅克比矩阵条件数给出设计实例。验证结果表明,采用该设计方法能够满足对Delta机构的优化设计要求。

摘要：对用于步行训练的下肢外骨骼矫形器的动力学与运动控制进行了研究。首先利用拉格朗日法建立了下肢外骨骼矫形器在跑步机上双足步行的动力学模型;在此基础上,设计了实现下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制的计算力矩加比例微分反馈控制系统,并采用Lyapunov方法,分析了控制系统在建模存在误差情况下的稳定性和收敛性;最后,在Adams-Matlab虚拟样机协同仿真平台上进行了下肢外骨骼矫形器的步行仿真实验,结果表明该控制方法对下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制是有效的。

摘要：以太空太阳能帆板的振动为对象建立大型柔性曲面振动检测样机,提供一种基于非视觉传感方法的大型柔性曲面振动智能检测方法和系统。系统将光纤光栅(Fibex bragg grating,FBG)分布式地封装于形状记忆合金基材中构成传感阵列,采用预应力封装提高FBG传感器的测量范围。根据波分复用和空分复用技术将传感阵列设计为传感网络,植入于曲面中,当被测曲面发生振动时,FBG解调仪检测到分布传感器的波长变化.转化为相应曲面上特征曲线的曲率信息。由曲率信息和弧长信息重建曲面形状,并在屏幕上显示出来,实现柔性曲面智能形状检测。试验结果表明,检测系统的FBG传感网络检测灵敏度高,重建算法速度快,重建曲面精度高,能够应用于大型柔性曲面的安全检测和监控。