基于人体动力学分析的下肢外骨骼助力设计及机构优化

为设计助力效果良好的被动式下肢外骨骼,基于对人体行走的运动和力学特征以及相关主要肌群的力学表现的分析,提出了一种下肢外骨骼优化设计方法。通过开展人体行走实验,获取人体运动学信息和足底反力,并将其用于驱动Anybody仿真,从而得到人体行走过程中下肢肌肉的力学数据。借助Hill肌肉模型建立人体矢状面内的髋关节肌肉-肌腱-骨骼简化模型,并在该模型中添加虚拟扭簧以模拟助力外骨骼的作用,形成人体-外骨骼一体化模型。在此基础上,对穿戴助力外骨骼行走时的人机交互力以及穿戴者的肌肉激活情况进行量化分析。建立以扭簧刚度为变量的肌肉激活程度、代谢能计算模型,并以代谢能最低为目标,利用粒子群算法对虚拟扭簧的刚度进行优化以获得最优值。据此,提出髋关节助力外骨骼机构设计方案,并以机构的辅助力矩与虚拟扭簧力矩差值最小为目标进行优化,得到机构中拉簧刚度和各个连杆尺寸的最优值,作为外骨骼机构设计参数。同时,制作髋关节助力外骨骼样机并开展助力行走实验。结果表明,穿戴该助力外骨骼行走时人体代谢能降低效果显著。研究方法可为其他下肢外骨骼的设计和分析提供借鉴。

基于阻抗控制的幕墙安装机器人柔顺操作研究

为了提高幕墙安装机器人操作的柔顺性,从而真正解决建筑幕墙自动安装中人机协调的问题,采用自适应阻抗控制方法作为柔顺操作策略.依据建筑机器人物理模型建立了较为准确的阻抗控制模型,在机器人末端未接触运动空间和环境接触空间进行了自适应阻抗控制的研究,提出了通过减小力峰值防止幕墙破坏的控制参数的调整方法,借助MATLAB对控制系统进行了仿真,并对基于该算法的幕墙安装机器人进行了柔顺性操作实验.经过仿真和实验得到了适用于幕墙安装机器人的力控制算法,验证了自适应阻抗控制算法能够满足幕墙安装机器人柔顺性操作的要求.

下肢外骨骼康复机器人的动力学建模及神经网络辨识仿真

针对下肢外骨骼康复机器人的灵敏度放大控制需要精确逆动力学模型的问题,通过Solidworks软件建立精确的三维实体模型,联合Matlab/SimMechanics建立下肢外骨骼康复机器人的动力学模型,以角度、角速度和角加速度作为输入信号,输出信号为髋、膝关节力矩,进行逆动力学仿真分析。将仿真后的输入输出数据利用BP神经网络进行训练并获得外骨骼逆动力学动态数学模型。仿真结果表明,该方法可以获得下肢外骨骼康复机器人精确的模型,并为进一步的实现外骨骼的灵敏度放大控制提供保证。

基于HMM的下肢表面肌电信号模式识别的研究

采用隐马尔科夫(HMM)的信号分类识别方法,用以实现下肢步态中各细分动作的更好识别和描述。首先将待分类的肌电信号进行预处理,按等时间间隔对每通道的肌电信号划分不同的段,采用小波变换方法对每个数据段内肌电信号进行多尺度分解,并提取小波分解系数的奇异值构成观察值序列。将步态周期的四种运动模式与HMM状态一一对应,用Baum-Welch算法对HMM参数进行重估训练,再用标定技术处理的前向后向算法和Viterbi算法进行识别,得到的平均识别率高于90%。然后在四种运动模式中分别提取小波特征组成特征编码,送入概率神经网络(PNN)中进行识别。证明HMM的识别效果优于概率神经网络,能够更好地应用于假肢的控制研究。

下肢康复机器人膝关节动力学分析PID与控制

康复训练机器人技术是一种把机器人技术应用于康复训练的机电设备.下肢康复机器人是其中一种,在多环境运动平台的配合下,该机器人能模拟出正常人的步态,帮助病人按照正常的步态行走,形成良好的条件发射,进而不断刺激病人大脑中枢神经,达到行走康复目的.由于外骨骼服务对象的特殊性,对下肢康复机器人膝关节控制系统提出了更高的要求,通过建立下肢康复机器人膝关节动力学的数学模型解出其控制系统的传递函数,并在控制系统中加入PID控制器.通过MATLAB对下肢康复机器人膝关节控制系统进行仿真,使下肢康复机器人控制系统能够达到响应速度快和稳定性高的要求.

适应个体差异的下肢康复机器人步态规划

下肢康复机器人不仅要辅助患者恢复患肢关节运动机能,还须使患肢恢复正常人的协调步态。机器人的步态规划在满足训练者的身材特征和当前可承受活动能力下,还应符合正常人的步态特征,具有对每个患者的宜人性。针对这一目标,根据对一组正常人步态实验的数据,提出采用高斯过程回归模型进行预测的步态规划方法。建立以训练者的身体和步态参数为输入向量,步态曲线的傅里叶系数为输出量的映射关系,从而获得适合不同患者的宜人性步态离线规划方法。经过实验验证,由预测模型所生成的步态曲线与实验者实际步态曲线具有较高的一致性。

下肢外骨骼康复机器人的自适应控制研究

针对下肢外骨骼康复机器人的动力特性,为实现康复训练过程中控制的实时性和高精度,消除系统中存在的未建模动态、外部扰动和非线性不确定性的影响,本文提出采用两个相互独立控制器共同作用控制方法,即基于标称模型的计算力矩控制器和变结构鲁棒自适应补偿控制器。补偿控制器基于Lyapunov函数法,通过引入一个动态信号和非线性阻尼项来抑制未建模动态、外部有界扰动和非线性不确定项的影响。设计的自适应律通过在线刷新系统的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性并保证系统达到全局渐近稳定。通过Lyapunov稳定性定理和仿真结果证明了该控制策略的可行性和有效性。

下肢外骨骼康复机器人步态规划方法的研究

针对脑卒中偏瘫患者,依据正常人髋、膝关节运动数据建立人体关节数学模型。将Brunnstromc与训练过程中下肢肌肉表面肌电信号的变化相结合,规划出对不同患者具有适用性、针对性的人体生理学训练步态。在Visual C++开发环境下获取患者自身健康腿的关节运动数据,并结合Matcom实现混合编程,可避免医疗师将数据提取再用Matlab进行处理的过程;同时由于下肢具有的步态对称性,可作为步态协调性康复训练的参考模型。结果表明通过多方面的结合及应用,加深了对步态规划方法的认识与理解,也为康复训练临床试验及寻求更稳定合理的步态规划提供了借鉴作用。

下肢外骨骼康复机器人的灵敏度放大控制研究

针对课题组研发的下肢外骨骼康复机器人中的患者主动训练模式,提出了灵敏度放大的控制方法,建立弹簧阻尼模型更好的模拟出人机交互时的交互力,并通过Matlab/Sim Mechanics和BP神经网络建立逆动力学模型,用Sim Mechanics和Simulink模块进行了计算机仿真实验,仿真结果表明采用灵敏度放大控制方法能减小患者训练时体能的消耗,实现了患者以较小的力矩带动外骨骼实现共同运动,同时可以采集到患者腿部的数据进行康复评价.

基于MR阻尼器高空平台半主动抑振系统研究

针对自主研发的高空幕墙安装机器人作业平台进行了多维振动的研究。构建了以两自由度并联机构为主体结构,旋转式MR阻尼器为执行器的多维减振系统。采用Lagrange方程建立了减振系统的动力学方程,分析了其振动特性,设计了一种基于磁流变液剪切工作模式的旋转式磁流变阻尼器,分析了磁流变阻尼器的力学特性,对并联机构进行了运动学和动力学分析,并根据机构运动学方程推算出平台位置状态,多维抑振系统快速抑振。借助Matlab对整个系统进行了仿真实验,分析计算了该多维抑振系统的有效性和可行性。

下肢康复机器人运动学分析与运动控制实现研究

针对现今越来越多脑卒中患者,设计出一款可以达到康复目的的下肢外骨骼康复机器人,并根据设计的机械结构进行了运动学分析。对患者的康复策略进行了分析,并对所要求康复策略的轨迹控制进行研究,详细分析了基于被动模式下主控机控制运动轨迹生成的实现。

腰部调整对仿猫机器人跳跃轨迹的作用分析

猫是一种灵巧擅长跳跃的动物,分析猫的跳跃,有助于启发改善跳跃机器人的机构,提高机器人跳跃灵活性。以家猫作为模本,提出了有腰部结构的仿猫机构模型,研制出仿猫机器人,利用动量守恒和拉格朗日方程,建立了机器人空中动力学模型。最后令机器人模仿一家猫跳跃过程中的腰部运动,观察机器人在空中不同情况下后脚尖的运动轨迹,得出结论机器人在空中的利用腰部进行姿态调整可以增加机器人越障高度,为机器人应对突发状况提供参考。

基于外骨骼机器人下肢康复训练评价策略研究

脑卒中引起的下肢瘫痪是一种常见疾病,临床中由理疗医师施以积极的人工理疗可使患者下肢得到有效的恢复,但存在理疗过程人为因素大、评价标准不一致的缺陷。基于以下肢外骨骼机器人辅助患者进行下肢康复训练的技术,以提高康复训练效率为目标,对肢体运动功能评价的现行标准、评价指标、评价方法三个方面进行了分析,提出具有代表性的康复评定参数,进而研究出适用于利用外骨骼下肢康复机器人进行下肢康复训练中的康复评价策略。

对仿猫跳跃机器人起跳过程中腰部作用的分析

家猫灵活善跳,分析其跳跃规律可为腿型跳跃机器人的设计提供灵感。以能模拟家猫跳跃的仿猫机器人为模本,对其进行结构简化并进行动力学和运动学分析,得到其腰部力矩随时间变化规律,以此分析其腰部在起跳过程中的作用。从能量角度分析起跳时腰部初始夹角与到达特定起跳姿态机构所需做功关系,并对比了有无腰部辅助跳跃时的区别。分析结果说明了腰部在起跳准备阶段的姿态调整对提高效率的作用,证明了有腰部辅助跳跃的机构相比于无腰部辅助跳跃的机构更加灵活高效。

基于Matlab的小波包μ律绝对值阈值消噪算法的研究

为了消除夹杂在doppler信号中的噪声,在小波包领域中分析了传统的软、硬阈值消噪方法后,提出了一种能对doppler信号进行有效消噪的新方法,即小波包μ律绝对值阈值法。为了验证该方法的有效性,在Matlab7.0软件中编写相关消噪程序,并进行了仿真,证明该方法不仅能解决硬阈值消噪不连续的问题,而且还能解决软阈值法中阈值处理前后小波系数存在恒定偏差的缺陷。在消噪的同时能减少信息损失,因而其消噪效果明显优于传统的软、硬阈值法。

结合专业巡检开展输变电设备状态量综合分析

滁州供电公司输变电设备状态检修工作已于2009年通过了安徽省电力公司验收,在此基础上,滁州供电公司结合2010年度状态检修工作,开展了输变电设备状态检修专业巡检,并将巡检结果加入对设备状态量的综合分析,对设备状态量进行修正,从而更加精确地反映设备当前的真实状态,取得了一定的效果,为设备状态检修工作提供了有力根据。

基于LPC2132控制步进电机在康复机器人中的应用

为了实现下肢外骨骼康复机器人的实时跟随,并且恒力减重功能。在下肢外骨骼康复机器人顶部设立可移动的减重平台。采用LPC2132控制器对步进电机进行闭环控制。电路控制系统中,采用A/D转换模块获取传感器信号,PWM发射模块驱动步进电机运动,串口通信模块与上位机进行交互。利用Proteus对脉冲信号进行仿真,通过试验证明了系统具有稳定的运行状态。

刚柔耦合在仿猫腿跳跃机器人中的功率放大作用

针对一种仿猫腿机器人机构的跳跃能力进行分析,以研究弹性蓄能原件在机构中形成的刚柔耦合作用对机构跳跃能力的影响。建立了机构的运动学模型,利用ADAMS软件对机构进行了跳跃仿真。对其分析表明,弹性蓄能原件在起跳时对机构可以形成较大的功率放大作用,显著提高机构的跳跃能力,不同部位的蓄能原件对跳跃能力的影响不同。对机构各关节的阻尼和刚度配置对跳跃能力的影响也做了仿真和分析。

长电缆分布电容对保护装置的影响及解决方法

通过现场数据和理论论证,对安徽电网某500 kV变电站微机保护装置在开关量采集过程中直流操作电源接地时导致误开入的原因进行了分析,说明了当直流操作电源接地时,与控制电缆的分布电容构成回路,产生电容电流,从而引起一些动作值较低的光耦甚至继电器发生误动作。在此分析基础上,提出了一些防范措施和对策。

专业巡检在电力设备状态检修中的重要作用

随着输变电设备状态检修工作的不断深入,专业巡检作为判断设备是否健康的重要数据来源,已变得尤为重要。通过一起专业巡检发现避雷器设备隐患的典型案例,详细描述了专业巡检工作对设备状态监控、预防设备事故发生的重要性,并提出了深化专业巡检工作的一些建议。