带仿生吸盘的微型爬壁机器人设计及其吸附特性

针对现有爬壁机器人负压吸附装置不易微小型化的缺点,通过归纳生物负压吸附器官的结构特点,应用新型功能材料形状记忆合金作为驱动器设计了一种仿生负压吸盘,并以该吸盘为吸附机构,设计了一种微型爬壁机器人.在对仿生吸盘中的弹性体板作受力分析的基础上建立了该吸盘负压产生模型,并分析了机器人在垂直壁面上运动的安全性条件.实验表明,该仿生吸盘能作为的微型爬壁机器人的吸附机构,带仿生吸盘的微型爬壁机器人能在倾斜玻璃壁面上爬行.

形状记忆合金驱动仿生吸盘的设计、建模与实验

为了克服现有爬壁机器人负压吸附装置不易微小型化的缺点,在归纳生物负压吸附器官结构特点的基础上,采用新型功能材料形状记忆合金(SMA)作为驱动器设计了一种仿生吸盘.基于SMA材料本构关系、弹性板变形理论和理想气体状态方程,建立了该吸盘的负压产生模型,并用Matlab/Simulink对负压产生过程进行了仿真分析.结果表明,在SMA驱动电流为4.75 A时,吸盘内的稳态负压可达14 kPa,并且该吸盘体积小、无噪声,可作为微型爬壁机器人吸附装置.

基于DSP双通道高速数据采集卡的设计

针对采集高频扰动信号的需要,介绍了一种由DSP芯片TMS320VC5509和两片8位并行高速A/D转换芯片TLC5510组成的双通道高速数据采集卡.经过实测,该卡的的数据采集速度可以达到20MSPS.利用该数据采集卡,可以采集高频扰动信号并存储采集到的数据.

基于DSP的变电所高频扰动信号采集卡的设计

针对采集变电所高频扰动信号的需要,介绍了一种由DSP芯片TMS320VC5509和8位并行高速A/D转换芯片TLC5510组成的高速数据采集卡。经过实测,该卡的数据采集速度可达20 Ms/ps。利用该数据采集卡,可以采集高频扰动信号并存储采集到的数据。

基于DSP无级变速箱控制单元的输入信号模拟

针对TCU电路板在出厂检测时使用原车提供输入信号困难的问题,根据TCU工作原理,利用TI公司生产的TMS320LF2407型DSP,模拟了TCU正常工作时所需的全部输入信号.经过实测,模拟出的全部输入信号可以满足TCU工作状态检测的需要,利用模拟出的输入信号实现了TCU硬件电路板故障的自动诊断.

面向中餐的助餐机器人末端欠驱动型夹取机构设计与仿真分析

本文介绍了一种基于柔性夹持筷子的欠驱动型夹取机构,用于面向中餐的助餐机器人智能辅具中。本文先基于研究现状分析了目前研究的各类助餐机器人的优劣,提出了2自由度的欠驱动型平面四连杆机构。接着通过理论建模求得了接触力f的算法。随后使用Adams仿真软件模拟机构运动轨迹,并测得了在给定食物尺寸和输入角度的情况下接触力f与食物刚度K的关系,结果表明该机构设计满足设计要求,证明了本文欠驱动型夹持机构的可行性。

变刚度关节机构设计与变阻抗增益控制仿真研究

随着我国人口老龄化日益严重,脑卒中的发病人数也持续扩增,绝大部分幸存患者存在上肢运动功能障碍。传统的康复机器人采用刚性驱动,无法有效应对卒中患者康复训练过程中的痉挛与震颤,训练效果较差。本文针对康复机器人的康复训练的有效性与安全性,基于特殊曲面原理,采用凸轮–弹簧–滚子机构作为变刚度关节的刚度调节机构,并设计了一种双电机并联驱动的变刚度关节。其次,基于所设计关节的动力学模型研究其阻抗控制方法。然后基于人肘关节解剖学数据与Hill肌肉模型对肘关节主动力矩进行估计,并根据力矩估计值通过刚度调节电机对关节刚度进行预调节。最后,对变刚度关节的静态刚度特性进行实验验证,并在MATLAB中搭建了Simulink仿真模型,对其变刚度控制特性进行仿真实验。结果表明,研究设计的变刚度关节的变刚度特性良好,验证了变刚度控制器及运动阻抗控制器的有效性。

后疫情时代城市绿色公共空间景观设计

以后疫情时代城市绿色公共空间景观设计为主要切入点,对国内外公共空间景观设计展开论述,进行空间景观再设计,打造创新型新模式下的绿色公共空间景观设计。基于此,制定了有效的措施及策略,以拓宽对公共空间景观设计的综合性应用,同时,通过实地考察调研,明确绿色公共空间景观设计的社会价值,积极整合城市资源,构造精细化服务设施,从而贴合居住人群的实际诉求。

月球车的多传感器数据融合和运动控制系统研究

针对月球表面复杂的环境特征,确定月球探测车运动控制系统应具备的主要功能。以现有的六轮摇臂-转向架式月球车模型为基础,建立一个基于多传感器数据融合的智能系统。论述车体的运动协调控制方法,通过其遥操作方式和自主控制相协调的设计方案,以保证月球车在月球表面复杂、未知的环境中的运动适应能力。

基于SMA驱动的仿生无源负压吸盘研究

针对负压吸盘在爬壁机器人吸附装置应用中存在的不足,提出了一种单程形状记忆合金(SMA)弹簧驱动器驱动的仿生多腔无源负压吸盘,解决了现有负压吸盘吸附装置不易微小型化、功重比低的缺点。该吸盘基于仿生学原理,采用当前发展迅猛的仿生智能材料——形状记忆合金,并基于拓扑机构学原理进行多腔体智能吸附机构结构设计,为爬壁机器人的壁面吸附机构设计提供一种方法。

多功能护理床智能技术的研究进展

随着人口老龄化加剧,多功能护理床需求呈现迅速上升趋势。我们在系统调研多功能护理床的基础上,对护理床功能分类、关键技术分析和未来发展趋势进行了总结与展望。根据多功能护理床的功能类型将其分为基础功能型、二便护理型和自主移动型,并对各种类型进行技术对比。重点阐述了多功能护理床自动对接功能中红外超声波、激光雷达和视觉传感器三种传感器的工作原理及存在的问题,指出了多功能护理床智能技术发展应做到多种技术融合使用,提高产品的综合性能和可靠性。

变刚度储能助力髋外骨骼设计及助力效果仿真

被动储能助力外骨骼充分利用人体自身能量,减少人行走时的能耗。针对目前被动储能助力外骨骼多采用定刚度关节,在分析人行走过程中关节能量流动特性及刚度变化特点的基础上,设计了一种被动变刚度储能助力髋关节外骨骼,建立了人–外骨骼耦合模型,仿真得到人体在平地上步行功耗最小的最优刚度,以及在变刚度条件下人体总功耗、大腿主要肌肉肌力变化。研究结果表明:外骨骼的不同刚度会影响穿戴者行走过程中的能耗,在下肢屈曲和伸展过程中分别采用最优刚度,可进一步减少人体能耗。该结果对被动外骨骼设计中的刚度需求具有重要参考意义。

穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究

目的提出一种新型轻量化穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统,探究其辅助步态紊乱者和T4脊髓节段以下损伤的截瘫患者(排除双下肢肌痉挛和明显疼痛者)实现行走及姿态变换康复训练的可行性。方法设计髋关节双电机主动驱动,膝关节被动四连杆模拟人体运动瞬心变化的主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人结构,基于模块化设计思想,提出以STM32F767IGT6及外围电路为主控制器,包含姿态采集、电源和拐杖模块的控制系统。以正常人穿戴该外骨骼机器人进行平地、斜坡及姿态变换实验,分析运动过程中髋、膝、踝关节角度,并对比正常人穿戴和未穿戴该机器人股外侧肌和股内侧肌的肌电信号。结果穿戴者可实现仅基于该外骨骼机器人系统辅助的坐下-站立姿态变换以及平地/斜坡行走,且髋、膝、踝关节角度与正常人行走变化趋势基本一致,穿戴该机器人相比未穿戴行走时,股外侧肌和股内侧肌肌电信号均降低。结论该主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人在仅髋关节两个电机驱动下,依然可实现行走及姿态变换的康复训练,验证了髋关节双电机主动驱动、膝关节被动四连杆结构的下肢外骨骼助行机器人系统帮助截瘫患者和步态紊乱者行走康复的可行性。

下肢外骨骼机器人研究进展

下肢运动能力损伤或缺失会带来肌肉萎缩、骨质疏松、压疮等严重的健康问题[1]。研究表明长期卧床会导致基础心率增加,心脏对定量负荷反应变差,触发血栓形成[2]。因此,如何最大程度地恢复患者的运动功能是临床康复治疗迫切而又重要的内容。由于大脑具有可塑造性,准确、及时的重复康复训练能够促进神经组织功能代偿或者重组,弥补受到损伤的神经细胞所缺失的功能,从而提高患者的运动控制能力,促进各个关节肌群的协调运动,最终恢复步行功能。

一种新型穿戴式下肢外骨骼机器人的设计

脑卒中及脊髓损伤造成的偏瘫和截瘫患者逐年增加,偏瘫和截瘫患者只能长期卧床或者借助轮椅进行活动,给家庭和社会带来巨大的负担。融合机器人技术、传感器技术等前沿科技,可辅助使用者进行日常活动的穿戴式下肢外骨骼机器人逐渐成为研究的热点[1].

下肢助行外骨骼髋关节串联弹性驱动器弹性单元优化设计研究

目的串联弹性驱动器是下肢助行外骨骼实现刚柔耦合的重要途径,其弹性单元的设计优劣直接决定了刚柔耦合性能的高低,研究一种应用于下肢助行外骨骼髋关节部位的扭转型串联弹性驱动器弹性单元优化设计方案。方法设计一款针对髋关节部位的特定环形弹性体。选择500~1 000 N·m/rad的刚度作为设计目标,弹性体在加载50 N·m扭矩时变形量定在5°以下,单片承载的设计。结合连接的谐波减速器外形尺寸,弹性元件的具体设计参数为:最大扭矩50 N·m,最大偏转3°,外圈直径69 mm,内圈直径20 mm,刚度954.93 N·m/rad。通过正常人体髋关节扭矩分析,确定髋关节弹性体技术指标,基于SolidWorks建立所设计弹性体三维模型,在ANSYS WORKBENCH中对弹性体厚度、单组弹性梁跨度、弹性梁宽度进行仿真优化。结果取安全系数为1.2,最大应力在1 100 MPa以下时,最终优化分析计算结果为t=13.89 mm,b=1.79 mm,α=88.3°。在该条件下,当输出扭矩为50 N·m时,弹性元件所受到的最大应力、最大柔性转角分别为1 060 MPa、3.049 3°,认为其满足设计要求。得到基于所建模型施加不同扭矩时得到的扭转角度。在等梯度不同扭矩的作用下,弹性体的柔性转角和对应的负载扭矩具有很好的线性关系,在不同负载下其刚度是一致的。由胡克定律k=T/θ,可得弹性元件刚度为:k=939.49 N·m/rad,符合预先设计目标。结论所得扭矩与扭转变形角度在MATLAB中用最小二乘法拟合,其刚度曲线呈线性,证明了仿真优化方案的可行性。

康复机器人柔顺变刚度驱动机构研究进展

柔顺变刚度驱动机构分为弹性元件、气动元件、电-磁元件和智能材料四大类。变刚度驱动机构正在逐步应用于康复机器人,在上下肢康复机器人中可适应患者的阻抗变化,在外骨骼中可保证穿戴者的安全,在假肢中可提高仿生性。现有康复机器人变刚度驱动机构还存在一些问题,还应具备紧凑的结构、低能耗、良好的刚度特性、高响应速率和渐进式输出扭矩曲线等特点。

二便护理机器人的方案设计

随着人口老龄化趋势的加剧,老年人生活中的二便自理问题受到越来越多的关注。该研究为了解决人工护理二便出现的脏、难、臭问题。调查并研究了当前二便护理机器人的现状。同时设计出一款可以实现自动检测,收集和处理大小便的二便护理机器人。该机器人可以通过Android设备控制,减轻护理人员的护理负担。

《湖南农业》是村干部的好老师

尽管我村的经济条件差，每年订阅的报刊杂志一压再压，但从1991年开始，村干部人手1份《湖南农业》从有少过。有些年还订阅到了组、户。通过近10年对《湖南农业》的阅读，我发自内心的感叹：《湖南农业》是村干部的好老师!

基于stm32的二便护理机器人设计

随着人口老龄化趋势日渐加深,老年人的护理问题受到越来越多的关注,其中老年人大小便护理问题显得尤为重要。为了缓解护工处理老年人大小便时出现的工作环境脏、臭、工作强度高、压力大,以及工作容易侵犯到老年人隐私等问题,本文设计了一款能够独立使用,具有对大小便自动检测和处理功能的二便护理机器人。经过实验测试,证明所设计的二便护理机器人能够帮助老年人实现大小便自理的效果。