手型识别的手功能康复动作快速规划研究

目的:解决现有手部康复机器人柔顺性、安全性不足和对手势信息采集困难等问题,研发基于视觉的方法进行手型识别,并借助识别结果来用于手部康复训练。方法:本文基于MediaPipe模型来进行手部关键点跟踪和手势识别;在康复手套结构上选择了柔性穿戴式。通过计算机视觉的方法得到手势信息,将信息通过串口传递给单片机,由单片机控制气阀的通断,以此来控制康复手套的运动。结果:基于MediaPipe的静态手势识别实验准确率可以达到93.71%,并且通过手势识别和康复训练实验可以得出基于计算机视觉的手势识别方法性能稳定,康复训练手套能够根据识别出来的手势信息做出相应的动作,对患手进行康复训练。结论:基于视觉示教的手部康复训练机器人可以实现手部康复训练,视觉示教降低了成本,增加了便携性;柔性穿戴式手套增加了安全性和柔顺性。

面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人设计与康复动作规划研究

基于肩关节损伤病理进行分析,针对肩关节垂直轴与冠状轴的运动,设计了面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人。结合肩关节损伤康复训练临床治疗方法与人体工程学原理,确定机器人肩关节的结构与运动范围;设计了气动摆动缸驱动系统,可提供机器人关节的反向驱动特性,提高康复训练的被动柔顺性。建立外骨骼康复训练机器人运动学模型,仿真得到机器人的工作空间,并与人体肩关节运动空间进行了对比。结果表明,设计的机器人工作空间能满足人体肩关节康复训练的需求。设计了康复训练机器人关节的独立与复合动作,可完成肩关节内旋/外旋、屈曲/伸展、够取运动等多种康复训练作业治疗。经试验验证,在样机按规划动作的运动轨迹运行中,气动摆动缸驱动的机器人关节运动平稳,轨迹跟踪误差满足康复训练要求,验证了外骨骼康复机器人结构设计的合理性和康复动作规划的可行性。

基于柔性气压驱动器的可穿戴式腰部助力机器人研究

针对老龄化社会对于康复和看护助力搬运的需要,提出了用气压驱动器实现轻量、柔性助力、穿戴舒适的可穿戴式腰部助力机器人.机器人采用无外骨骼的结构设计,可以给护理人员在提升重物和静态保持作业时输出腰部所需助力,降低下腰痛(Low back pain,LBP)致病风险.通过对重物搬运作业中穿戴者竖脊肌表面肌电信号(Surface electromyography,s EMG)评估、基于测力平台最大搬举重量测试、静态弯腰负重作业下人体重心(Center of gravity,COG)移动轨迹等相关实验,验证了助力有效性.

步态康复训练机器人行走步态仿真研究

步态康复训练机器人是对下肢行走障碍患者进行步态康复训练的一种助力康复设备,其行走步态的研究对于控制方案的制定有着重要意义。本文作者提出了步态康复训练机器人总体结构设计方案,利用Matlab/Simulink仿真环境下的机构系统模块集(SimMechanics)建立了步态康复训练机器人系统的仿真模型,并将斯坦福OpenSim下肢肌肉骨骼模型得到的下肢关节运动数据作为设定输入对机器人进行了运动仿真分析和研究,为下一步机器人样机制作和实际控制奠定了理论基础。

现代气动技术课程教学模式改革与实践

现代工业自动化领域中,气动技术发展已成为一门集各学科为一体的综合自动化控制技术,在智能装备、自动化生产线领域发挥着重要作用。为了加强对学生工程实践能力的培养,在现代气动技术课程教学中分别从教学内容、教学方法、考核方法三方面进行了思考和探索。

新工科背景下专业导论课程项目制教学改革与实践

新工科背景下,专业课程教学对于学生工程实践能力的培养提出新的要求。以专业导论课程为例,对教学模式和考核方式进行改革,通过项目制的工程实践训练,开启专业实践的启蒙教育,能够加深学生对所学专业和职业发展前景的了解,明确努力方向,培养学生创新精神和协作能力。

基于数据手套的气动灵巧手控制系统设计

设计的气动人工肌肉驱动的灵巧手控制系统,由数据手套完成远端到临近点的主从控制,由分布式二级控制系统完成临近点到接触点的自主控制。两种控制方式相融合,既提高了抓取效率,又保证了抓取的柔性,对灵巧手的智能控制方法的研究有一定的参考价值。

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求,研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型,并分析患者下肢运动动作意图,为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验,结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求,能在康复训练中获取人体运动意图,这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。

步态康复机器人动力学李群李代数建模及仿真

结合刚性支撑与柔性驱动设计气压驱动步态康复机器人,为探究机器人和患者构成的人机共融系统动力学特性,基于李群李代数理论建立了不同步态相下人体步行动力学模型、机器人和人机系统动力学模型,对被动、主动助力、主动抗阻3种不同康复训练模式中的驱动特性和能量特性进行了分析。仿真求解出机器人关节驱动力矩、人体关节主动力矩,验证了李群李代数法建模的正确性及动力学模型的有效性,为驱动控制系统构建及交互控制策略设计提供理论参考依据。

新时代研究生系统建模与响应课程教学改革探索与实践

对标新时代研究生教育改革对人才培养提出的新要求,结合系统建模与响应课程的综合性、学科交叉性特点,以多学科融合工程应用为目标开展教学改革。通过对教学内容的重塑和递进探究式教学方法设计,从知识创新与实践创新的角度提升课程知识点的高阶性和挑战度。课程的教学改革有效提高了研究生的科研创新能力,为机械类研究生培养和相关专业的教学改革提供了参考。

改进的分水岭算法在粘连图像分割中的应用

在多目标图像分割中,经常会出现由于目标图像粘连度分布不均而影响图像分割精度的情况。通过研究标记分水岭算法,提出一种结合形态学运算和距离变换的改进的分水岭分割方法。该算法在处理粘连程度高的目标图像时,能够将粘连图像精确地分割出来。实验结果表明,将该算法应用到农产品的混合水果和医药领域药盒的无序分拣中,能够高效地解决粘连图像过分割的问题,且分割效率很高。

三维空间末端牵引上肢康复机器人轨迹规划研究

目的:为了解决现有康复机器人结构复杂、柔顺性和安全性不足、作业治疗中三维空间训练欠缺等问题,提出三维空间末端牵引式上肢康复训练机器人。方法:通过对上肢康复机器人的结构、运动学理论和人体上肢运动范围分析,建立人机交互的安全空间;结合康复医学中的作业疗法,进行康复动作设计及末端轨迹规划,运用Matlab对机器人末端运动轨迹进行仿真分析,并通过实验验证设计的合理性及可行性。结果:通过仿真分析和实验结果可以看出机器人末端轨迹及各关节速度和加速度曲线平滑,无跳动现象。结论:三维空间末端牵引式上肢康复机器人可以实现二维和三维空间的康复训练,用气压比例伺服控制实现末端直线位移,增加了康复训练的柔顺性和安全性,更好满足康复医学中作业疗法的要求。

工业机器人机械系统设计教学要点分析

为了满足企业在转型升级、快速发展背景下对机器人技术人才日益增加的需求,针对工业机器人机械系统设计教学存在的问题,以工业机器人机械系统的典型传动链分析为例,对机械系统设计的教学要点进行归纳总结,以便于学生理解与掌握机械系统设计的核心知识点以及学习过程中存在的抽象、不易理解的问题,这有助于提高课程的教学质量。

基于虚拟现实的下肢主动康复训练系统

针对传统下肢康复训练中病人参与度低、主动运动意图逐渐丧失的问题,设计一种基于虚拟现实的下肢主动康复训练系统。该系统采用惯性检测单元(IMU)获取并解算下肢关节活动度,作为虚拟场景中的运动控制信号,并建立无线蓝牙通信机制,把患者下肢运动与运动功能康复训练游戏结合在一起。基于鞋内置多点足底力传感器(FSR)获取患肢足底力参数,识别步态相周期,作为康复评估的数据基础。实验验证了康复数据获取的准确性、交互通信的实时性与康复场景运行的流畅性。

工业机器人抛光作业的主动柔顺控制系统

针对抛光作业过程中的恒力问题,研究了工业机器人恒力抛光作业的主动柔顺控制系统。通过六维力传感器对采集到的力信号进行了滤波、重力补偿,得到抛光工具与工件间的实际接触力;采用模糊PID控制策略,控制恒力补偿装置实现柔顺位置补偿,保证抛光工具与工件间恒定的接触力,从而完成机器人对工件柔顺恒力抛光作业的要求。该方案可以满足抛光机器人对位置和力分别控制的要求。

气动扇形柔性关节多指灵巧仿人机械手

为了满足服务型机器人对人机交互动作柔软性、安全性的高要求,基于仿生学理论提出了一种气压驱动扇形柔性关节,并将其用于多指灵巧仿人机械手的构建。采用柔性关节驱动和刚性手部骨骼相结合的设计理念,兼顾手部刚度与柔性。通过关节角度的检测和供气压力的调节,实现手指关节弯曲角度和手指抓握力的连续控制。描述了扇形柔性关节的工作原理和结构设计特点,以及手部整体结构的设计,并对机械手抓握动作和功能进行了试验分析。试验结果表明:柔性多指灵巧仿人机械手能够完成各种手势以及对球状、圆柱状和卡片状等物体的抓取。

可穿戴式人体姿态检测系统设计

针对临床康复中人体关节活动度检测评估和康复机器人动作示教不方便、训练参数设置繁琐等问题,设计一种价格低廉、运动数据采集方便直观的人体姿态检测系统。系统采用MPU6050惯性测量单元,利用I^2C通信实现多通道传感器数据的采集上传,在上位机LabVIEW环境下基于互补滤波算法实现人体关节角度的检测。通过与某公司生产的三维步态分析及运动训练系统进行比对,证实此系统准确可靠,并利用此系统进行卧式下肢康复训练机器人示教动作采集,实现了机器人示教功能。

气动上肢康复机器人伺服控制和运动规划研究

针对中风导致的人体上肢运动功能障碍,提出了一种气动上肢康复训练机器人系统,并研制了二自由度的机器人样机。以带位置检测传感器的摆动气缸作为机器人的关节驱动模块,用比例调压阀作为控制元件,采用PD+速度前馈的柔顺控制策略,对机器人的关节旋转角度实施精准控制。同时,设计了机器人的复合运动轨迹规划,以取水和擦玻璃动作为任务,带动手臂进行康复训练实验。通过样机的测试,验证了控制策略的有效性和康复轨迹规划的可行性。

轴孔装配作业机器人力控制系统设计

机器人装配作业是实现自动化生产的基本要求,在智能制造生产线中占有十分重要的地位。文中提出了一种基于力控制的工业机器人装配系统,它由机器人本体、六维力传感器、自主设计的控制系统组成。本系统中利用六维力传感器采集机器人末端受到的外力/力矩,将采集的数据进行滤波、重力补偿处理后,通过导纳控制策略控制机器人关节运动,从而调整机器人末端的姿态,实现轴孔的柔顺自动装配。文中详细阐述了系统的硬件组成原理和基于导纳控制的软件控制策略。以孔轴配合φ25H7/g6的零件为例,进行了实际装配作业试验,试验结果证明,系统能够完成孔轴配合为φ25H7/g6零件的装配作业,达到了预期效果。

体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统

针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失,结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑,从而实现运动功能恢复。为此,将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合,提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统。使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息,通过设计人机镜像运动映射算法来映射上肢康复训练机器人的运动轨迹。考虑到康复治疗的柔性需要,该机器人的关节采用基于比例压力控制的摆动气缸来驱动;同时,针对气动系统的特性,设计了PD(proportional differential,比例微分)+速度前馈补偿的轨迹跟踪控制策略,实现了双侧肢协同运动的镜像康复训练。通过对机器人系统样机进行复合运动轨迹规划试验和镜像康复训练试验,验证了该系统在镜像康复治疗中的可行性和有效性。所设计的机器人系统为人体双侧肢协同运动的康复训练临床需求提供了设计思路和实现方法。