无动力双足步行机器人控制策略与算法

本文研究无动力双足步行机器人的建模、分析与控制问题.基于能量的控制增加了机器人行走极限环的稳定性、鲁棒性,扩大了极限环的收敛域;角度不变控制使机器人的稳定行走步态摆脱了地面倾斜角度的限制;把基于能量的控制与角度不变控制结合起来,可以实现在不同倾斜角度地面上行走模式的切换.基于能量的行走平均速度控制方法在平均速度与目标能量之间建立了联系,能使机器人的行走产生新的稳定步态.最后,对无动力双足步行机器人的研究前景做了展望.

基于视频图像边缘检测的人体下肢运动步态

背景:步态规律主要应用人体行走的运动学、动力学等参数进行描述。目前在运动医学、康复工程和仿生学等领域,步态分析可为确定疾病诊断、康复和治疗方案提供重要依据。目的:应用基于人体运动图像的测量装置系统,采集人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频,分析人体步态运动规律。方法:采用基于双摄影机的人体运动图像捕捉系统,在人体的左右髋关节、膝关节、踝关节及脚板设置标识点,对人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频进行采集。应用图像边缘检测的原理,对测量数据进行了图像处理和分析,得到人体正常步速行走时,左右大腿与竖直方向夹角、小腿与竖直方向夹角、脚板与竖直方向夹角及膝关节、踝关节标识点的关节角度变化规律。结果与结论:基于视频图像边缘检测人体下肢的运动步态,成本相对低廉,数据误差较小,精度与进口设备较接近。应用该测量结果初步构建了人体步态行走数据库,为建立步态评定标准、异常步态判别以及进一步的康复治疗提供了依据。

人手操作目标物体过程运动轨迹的规律研究

根据手指生理学特性及手指间的运动特性,对三指操作单位球体运动过程进行了分析,设计了手指的运动步态模式并讨论了操作过程指尖的运动特点及指尖运动轨迹规律。采用NOKOV软件视觉捕捉系统,对手指操作过程的物体转动速度和手指运动轨迹进行了测定,并对三指转动操作运动进行解析模拟和对比。结果表明,人手操作目标物体的手指转动运动符合规划步态的运动规律。研究结果对手指重定位物体的运动仿真和手内操作的步态规划具有指导意义。

测力鞋垫系统在步态研究中的应用

以获取步态运动参数、诊断病情、康复评定、识别竞走踏步等特殊步态类型为目的,设计并研制了测力鞋垫系统,并提出了一种新的步态分析方法,即相位累加法。通过实验研究,得到了受试者的相关步态运动参数,并且判断了其步态类型和特征,说明系统达到了预计效果。该系统可以被推广到医疗、体育、康复、人类学、人机工程等领域,具有重要的实际应用价值。

一种开闭链式康复机器人的机构设计与仿真

利用康复机器人进行科学规范的康复训练已成为改善和恢复患者肢体运动功能的重要手段。对于患者不同腿长所需的康复训练轨迹幅度不同等问题,通过分析人体肢体生理结构及主要关节活动度,并借助Xsens Moven惯性传感器运动捕捉系统和MVN Studio分析系统,对人体站姿行走前进及坐姿蹬腿顺时针时踝关节的轨迹和髋、膝和踝关节角度数据进行分析,提出人体正常行走与坐姿蹬腿状态下的步态规律,设计开闭链式下肢康复机器人的七杆执行机构,并仿真分析膝关节的运动规律,结果表明,该设计有助于制定合理的量化训练目标,为患者进行康复训练进一步提供参考。

基于Fitts定律的人体步态对称性评定指标

评价人体步态运动中,为了寻找能全面反映步态对称性特征的参数,该文通过推广Fitts定律提出了在二维极坐标下步长对称性和跨步长执行对称性2种4个指标,并且选用常用的时相对称性指标作为对比指标,对健康受试者和右腿膝关节僵直患者在不同情况下的步态对称性进行了对比实验研究。结果表明,新指标不仅适用于不同路况和运动模式的步态对称性评定,而且比常规的时相对称性指标更能准确反映跨越障碍和单侧关节僵直步态的不对称特征。