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基于Kimura神经元振荡器的六足仿生机器人步态控制研究 被引量:1
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作者 田健鹏 曹乐 +1 位作者 徐浩洋 张思河 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2023年第12期1540-1547,共8页
生物中枢模式发生器(CPG)对六足机器人的步态控制具有重大研究意义,为此提出一种基于Kimura神经元振荡器的六足机器人CPG步态控制方法。首先,以蜘蛛为仿生对象设计六足机器人机械结构并对其进行运动学解算;然后,基于Kimura神经元振荡器... 生物中枢模式发生器(CPG)对六足机器人的步态控制具有重大研究意义,为此提出一种基于Kimura神经元振荡器的六足机器人CPG步态控制方法。首先,以蜘蛛为仿生对象设计六足机器人机械结构并对其进行运动学解算;然后,基于Kimura神经元振荡器建立振荡器模型并对其参数整定;其次,针对机器人6条单腿的相位关系设计CPG网络模型;最后,通过计算机仿真工具和样机进行联合实验。结果表明,基于Kimura神经元振荡器生成的CPG网络模型输出信号幅值和相位差稳定,能够满足六足机器人步态控制需求,为六足机器人的步态控制提供一种可行性方案。 展开更多
关键词 中枢模式发生器 Kimura神经元振荡器 六足仿生机器人 步态控制
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生物谐振规律对步行效率影响的前驱研究 被引量:13
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作者 许光旭 顾绍钦 +2 位作者 孟殿怀 王红星 励建安 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1092-1094,共3页
目的:通过下肢软瘫模型研究生物谐振对步行效率的影响。方法:下肢软瘫并导致步行障碍的男性小儿麻痹后遗症患者12名(17±1岁,身高1.68±4.6m,体重52.5±5.4kg)与同龄健康青年12名匹配对照。采用三维步态分析系统获取步态参... 目的:通过下肢软瘫模型研究生物谐振对步行效率的影响。方法:下肢软瘫并导致步行障碍的男性小儿麻痹后遗症患者12名(17±1岁,身高1.68±4.6m,体重52.5±5.4kg)与同龄健康青年12名匹配对照。采用三维步态分析系统获取步态参数,采用便携式气体分析系统测定氧价,作为能量效率的指标。评测状态为自然步行、80%自然步频以及120%自然步频,即100%、80%、120%自然步频。结果:儿麻患者在100%、80%、120%自然步频的条件下步速分别为(65.45±8.71、53.04±5.92、74.47±9.49)m/s,步速和步频密切相关(r=0.96,P<0.01);耗氧量分别为(15.17±3.56、20.76±4.31、21.48±6.16)ml/min/kg,慢速与快速步频的耗氧量均显著高于自然步频(P<0.01);氧价分别为(0.231±0.043、0.294±0.061、0.288±0.072)ml/m/kg,和同龄正常人比较自然、慢速与快速步频下的氧价均明显增加(P<0.01)。慢速与快速步频的氧价亦显著高于自然步频(P<0.05)。结论:儿麻患者自然步频的能量效率最高,步频加速或者减慢均降低此效率,提示肌肉固有谐振规律的作用。 展开更多
关键词 生物谐振 步态分析 氧价 小儿麻痹后遗症
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微型仿生四足机器人的研究 被引量:3
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作者 张扬 颜国正 吴添斌 《测控技术》 CSCD 北大核心 2009年第8期83-85,88,共4页
介绍了一种微型仿生四足机器人,对其机械结构和运动方式进行了理论分析和软件仿真,并制作了机器人样机,其长度41 mm,宽度49 mm,高度29 mm。利用两套平面连杆机构的有效组合,模拟了足式运动的抬腿、前跨、后拉等动作,通过可旋转式的机身... 介绍了一种微型仿生四足机器人,对其机械结构和运动方式进行了理论分析和软件仿真,并制作了机器人样机,其长度41 mm,宽度49 mm,高度29 mm。利用两套平面连杆机构的有效组合,模拟了足式运动的抬腿、前跨、后拉等动作,通过可旋转式的机身实现机器人的转向,以微型电机配合微型齿轮减速器作为机器人驱动源。 展开更多
关键词 微型机器人 仿生机器人 步态 连杆机构
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一种基于连续波生物雷达的人体步态非接触检测系统 被引量:6
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作者 王帅杰 李钊 +4 位作者 张华 王梦梦 张自启 王健琪 路国华 《中国医疗设备》 2016年第12期26-30,共5页
人体步态是一个全身肌肉骨骼协调运行的复杂机制,具有特异性,可以作为身份判别或临床疾病诊断的依据。本文介绍了一种基于连续波生物雷达的人体步态非接触检测系统,通过对人体走动时产生的雷达回波信号进行频谱分析,提取出人体步态信号... 人体步态是一个全身肌肉骨骼协调运行的复杂机制,具有特异性,可以作为身份判别或临床疾病诊断的依据。本文介绍了一种基于连续波生物雷达的人体步态非接触检测系统,通过对人体走动时产生的雷达回波信号进行频谱分析,提取出人体步态信号的主要频率,并与加速度传感器获得的数据进行相干分析。实验结果表明生物雷达可以非接触地检测到人体的步态信号,并与加速度检测和视频监测结果具有较好的一致性。 展开更多
关键词 人体步态分析 生物雷达 非接触检测系统 频谱分析 相干分析 疾病诊断
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基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人 被引量:32
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作者 郑浩峻 张秀丽 +1 位作者 关旭 汪劲松 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期166-169,共4页
传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别。该文提出了机器人生物步态的概念。以生物的中枢模式发生器(centralpatterngenerator,CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,... 传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别。该文提出了机器人生物步态的概念。以生物的中枢模式发生器(centralpatterngenerator,CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,建立CPG网络的权重矩阵与步态的对应关系。采用不同的权重矩阵得到四足机器人的典型步态。根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器人膝髋关节运动关系方程。通过仿真验证了基于生物CPG控制机理的机器人节律运动控制方法是有效的,机器人生物步态的实现是可能的。 展开更多
关键词 机器人技术 中枢模式发生器 四足机器人 节律运动 生物步态 运动控制系统
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肌电生物反馈辅助步行训练对脑卒中后亚急性期足下垂患者下肢运动功能的影响 被引量:21
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作者 孙丽 谢瑛 李广庆 《中华物理医学与康复杂志》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期116-119,共4页
目的观察肌电生物反馈辅助步行训练对脑卒中后亚急性期足下垂患者下肢运动功能的影响。方法选取脑卒中后亚急性期足下垂患者40例,采用随机数字表法分为常规康复组和肌电生物反馈组,每组患者20例。常规康复组患者采用常规康复治疗;肌... 目的观察肌电生物反馈辅助步行训练对脑卒中后亚急性期足下垂患者下肢运动功能的影响。方法选取脑卒中后亚急性期足下垂患者40例,采用随机数字表法分为常规康复组和肌电生物反馈组,每组患者20例。常规康复组患者采用常规康复治疗;肌电生物反馈组在常规康复治疗的基础上增加三阶段的肌电生物反馈结合步行训练。2组患者均于治疗前、后及治疗结束6周后随访时(随访时)分别进行胫前肌表面肌电(sEMG)信号采集、踝关节主动活动度(AROM)、肌张力及肌力测定,并采用10m最大步行速度测定患者的步速和步长,应用Berg平衡量表(BBS),Fugl-Meyer运动功能量表(FMA)、改良的Barthel指数(MBI)、Holden步行功能分级分别评定患者的平衡功能、下肢运动功能、ADL能力及步行能力。结果治疗前,2组患者各项指标组间比较,差异均无统计学意义(P〉0.05);治疗后,肌电生物反馈组各项指标与组内治疗前以及常规康复组治疗后比较,差异均有统计学意义(P〈0.01);随访时,肌电生物反馈组最大步速为(69.75±35.09)m/min,步长为(60.98±14.09)cm,FMA为(32.5±6.34)分;MBI为(88.65±14.13)分,与对照组随访时比较,差异均有统计学意义(P〈0.01)。随访时,肌电生物反馈组有10例患者Holden步行功能达5级,常规康复组仅1例患者Holden步行功能达5级。结论肌电生物反馈辅助步行训练对脑卒中后亚急性期足下垂患者的下肢运动功能有较好的康复作用。 展开更多
关键词 脑卒中 步态障碍 神经性 步行 肌电生物反馈
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基于生物雷达的人体步态非接触检测技术研究进展 被引量:1
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作者 王帅杰 李钊 +6 位作者 王梦梦 张华 吕昊 梁福来 祁富贵 王健琪 路国华 《国际生物医学工程杂志》 CAS 2017年第1期46-52,共7页
人体步态是一个全身肌肉骨骼协调运行的复杂机制,具有特异性,可作为身份识别或临床疾病诊断的依据,在灾害救援、战场救护、反恐安保及医疗卫生等领域有着广泛的应用价值.传统的步态非接触检测技术主要包括光学图像和超声等,其易受光线... 人体步态是一个全身肌肉骨骼协调运行的复杂机制,具有特异性,可作为身份识别或临床疾病诊断的依据,在灾害救援、战场救护、反恐安保及医疗卫生等领域有着广泛的应用价值.传统的步态非接触检测技术主要包括光学图像和超声等,其易受光线、能见度及障碍物等因素影响.近年来,生物雷达技术发展迅猛,基于生物雷达的人体步态信号非接触检测技术更具优势,主要表现在:不受光线影响,可全天候识别;可穿透衣物、伪装甚至墙壁;可在烟、尘、雾等能见度低的天气条件下使用等.论述了生物雷达技术非接触检测人体步态的技术原理和方法,综述其研究现状,并对其发展趋势进行展望. 展开更多
关键词 步态 非接触 生物雷达 检测
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小型两栖仿龟机器人多模式运动研究 被引量:2
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作者 邢会明 刘畅 +4 位作者 郭书祥 石立伟 刘文智 李海波 赵岩 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期212-223,共12页
针对浅滩环境和水下狭窄空间的科研考察、资源勘探等任务,提出一种“腿-多矢量喷水”复合驱动的小型两栖仿龟机器人。通过研究“腿-多矢量喷水”复合式驱动系统的运动机理,设计仿生爬行步态和旋转步态。根据“腿-多矢量喷水”复合驱动... 针对浅滩环境和水下狭窄空间的科研考察、资源勘探等任务,提出一种“腿-多矢量喷水”复合驱动的小型两栖仿龟机器人。通过研究“腿-多矢量喷水”复合式驱动系统的运动机理,设计仿生爬行步态和旋转步态。根据“腿-多矢量喷水”复合驱动机构的变结构特性,提出“H”、“工”和“X”等多模式运动。通过机器人水中运动学建模,建立基于实时动态推力矢量分配优化机制的水中3维自主运动控制方法。最后搭建机器人原型机,陆地上的多地形运动实验验证了机器人在非结构化浅滩环境中的适应能力强,水中运动控制实验验证了两栖机器人多模式运动控制的灵活性和可行性。 展开更多
关键词 仿生机器人 两栖机器人 多模式运动 步态设计
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Gait Study and Pattern Generation of a Starfish-Like Soft Robot with Flexible Rays Actuated by SMAs 被引量:28
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作者 Shixin Mao Erbao Dong +4 位作者 Hu Jin Min Xu Shiwu Zhang Jie Yang Kin Huat Low 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2014年第3期400-411,共12页
This paper presents the design and development of a starfish-like soft robot with flexible rays and the implementation of multi-gait locomotion using Shape Memory Alloy (SMA) actuators. The design principle was insp... This paper presents the design and development of a starfish-like soft robot with flexible rays and the implementation of multi-gait locomotion using Shape Memory Alloy (SMA) actuators. The design principle was inspired by the starfish, which possesses a remarkable symmetrical structure and soft internal skeleton. A soft robot body was constructed by using 3D printing technology. A kinematic model of the SMA spring was built and developed for motion control according to displacement and force requirements. The locomotion inspired from starfish was applied to the implementation of the multi-ray robot through the flexible actuation induced multi-gait movements in various environments. By virtue of the proposed ray control patterns in gait transition, the soft robot was able to cross over an obstacle approximately twice of its body height. Results also showed that the speed of the soft robot was 6.5 times faster on sand than on a clammy rough terrain. These experiments demonstrated that the bionic soft robot with flexible rays actuated by SMAs and multi-gait locomotion in proposed patterns can perform successfully and smoothly in various terrains. 展开更多
关键词 soft robot bio-inspiration multi-gait locomotion rough terrains SMA actuators
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Energy-efficient Bio-inspired Gait Planning and Control for Biped Robot Based on Human Locomotion Analysis 被引量:9
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作者 Hongbo Zhu Minzhou Luo +3 位作者 Tao Mei Jianghai Zhao Tao Li Fayong Guo 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2016年第2期271-282,共12页
In this paper an experiment of human locomotion was carried out using a motion capture system to extract the human gait features. The modifiable key gait parameters affecting the dominant performance of biped robot wa... In this paper an experiment of human locomotion was carried out using a motion capture system to extract the human gait features. The modifiable key gait parameters affecting the dominant performance of biped robot walking were obtained from the extracted human gait features. Based on the modifiable key gait parameters and the Allowable Zero Moment Point (ZMP) Variation Region (AZR), we proposed an effective Bio-inspired Gait Planning (BGP) and control scheme for biped robot to- wards a given travel distance D. First, we construct an on-line Bio-inspired Gait Synthesis algorithm (BGSN) to generate a complete walking gait motion using the modifiable key gait parameters. Second, a Bio-inspired Gait Parameters Optimization algorithm (BGPO) is established to minimize the energy consumption of all actuators and guarantee biped robot walking with certain walking stability margin. Third, the necessary controllers for biped robot were introduced in briefly. Simulation and experiment results demonstrated the effectiveness of the proposed method, and the gait control system was implemented on DRC-XT humanoid robot. 展开更多
关键词 motion capture Allowable Zero Moment Point (ZMP) Variation Region (AZR) Bio-inspired Gait Planning (BGP) humanoid robot
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Empirical Study on Shapes of the Foot Pad and Walking Gaits for Water-Running Robots 被引量:6
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作者 HyunGyu Kim Yanheng Liu +1 位作者 Kyungmin Jeong TaeWon Seo 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2014年第4期572-580,共9页
Recently, various kinds ofbiomimetic robots have been studied. Among these biomimetic robots, water-running robots that mimic the characteristics of basilisk lizards have received much attention. However, studies on t... Recently, various kinds ofbiomimetic robots have been studied. Among these biomimetic robots, water-running robots that mimic the characteristics of basilisk lizards have received much attention. However, studies on the performance with respect to different geometric parameters and gaits have been lacking. To run on the surface of water, a water-running robot needs suffi- cient force with high stability to stay above the water. We experimentally measured the performance of the foot pads with different geometric parameters and with various gaits. We measured and analyzed the forces in the vertical direction and rolling angles of five different foot pad shapes: a circular shape, square shape, half-spherical shape, open half-cylinder shape, and closed half-cylinder shape. Additionally, the rolling stabilities of three kinds of gaits: biped, trotting, and tripod, were also empirically analyzed. The results of this research can be used as a guideline to design a stable water-running robot. 展开更多
关键词 water-running robot geometric parameter GAIT bio-inspired robot experimental study
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仿蚯蚓移动机器人离散步态控制与相位差控制特性比较 被引量:5
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作者 何子瀚 方虹斌 徐鉴 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期697-708,共12页
从机器人的运动特征、稳态平均速度和波动特性3个方面,对仿蚯蚓移动机器人的离散步态控制策略和相位差控制策略进行比较研究.首先,通过学习蚯蚓的形态学特征,基于舵机-弹簧钢片复合结构,设计并制作了可以执行拮抗变形的仿蚯蚓机器人单元... 从机器人的运动特征、稳态平均速度和波动特性3个方面,对仿蚯蚓移动机器人的离散步态控制策略和相位差控制策略进行比较研究.首先,通过学习蚯蚓的形态学特征,基于舵机-弹簧钢片复合结构,设计并制作了可以执行拮抗变形的仿蚯蚓机器人单元,并将其串联得到一个8单元仿蚯蚓移动机器人.以该机器人为平台,从理论和实验角度研究了机器人在离散步态控制和等相位差控制下的平均速度和运动特征.研究发现,对于2种控制策略,实验得到的平均速度都与理论预测定性吻合,但机器人单元在运动过程中有可能发生显著的向后滑动,使得实验得到的平均速度低于理论预测的平均速度.随后,从波传播的角度对2种控制策略进行了比较.2种控制策略都使得机器人单元的变形以波动的形式沿机器人进行传播,传播方向与机器人运动方向相反,与蚯蚓的后退蠕动波机理保持一致.对于离散步态控制,波传播的波形、波速、波长和周期都与步态参数密切相关;对于相位差控制,波形和周期都由作动规律决定,不能通过相位差进行调节,但波速和波长与相位差成反比.从控制效果来看,机器人在最优的等相位差控制模式下可以实现更高的平均速度,且与蚯蚓的连续特征保持一致,具有一定的优势. 展开更多
关键词 仿生机器人:稳态平均速度:移动步态 步态优化 机器人动力学模型:蠕动波
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