基于多模态融合的柔性外骨骼系统研究
发布时间：2021-08-05 23:48
人类在长期的发展过程中,一直希望拥有一种可穿戴的机械设备,以此提高人体的力量和速度,并且减少人体的代谢能消耗,提升工作和生活的效率。近年来出现一些“柔性”可穿戴机器人,其区别于传统的刚性外骨骼机器人,没有刚性连接件,取而代之是轻便舒适的柔性材料,与人体直接接触,且不限制人体的关节活动自由度。此外,其能够以柔性驱动的方式辅助人体关节的运动,减少人体活动的代谢能消耗。本文设计了一种可辅助人体行走的柔性下肢外骨骼机器人。基于对人体步态周期和生物力学分析,提出了辅助髋关节伸展的助力方案,并且以此为理论基础对柔性下肢外骨骼机器人的结构进行了优化设计。柔性下肢外骨骼机器人的结构设计分为柔性穿戴结构设计和执行器设计两个部分。柔性穿戴结构设计方面,采用了双层柔性材料的设计方案,即保证助力传递效率,又提升与人体交互的穿戴舒适度。并且通过优化腰带和大腿绑缚的鲍登线固定点,改进了助力的传递路径,使之与人体高度相容,相比于传统的髋关节伸展助力传递路径,提升了助力的传递效率。执行器结构设计方面,根据人体行走的髋关节运动学参数和助力需求,分析出电机的性能需求。以柔性驱动为核心,规划了助力的传递路径,提升了人机交互...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柔性气动外骨骼机器人[39]
广西大学硕士学位论文基于多模态融合的柔性外骨骼系统研究3计一个通用的执行器模块，驱动不同的绑缚结构，进行多关节助力（图1-3）。该装置应用了导纳控制器，能够精确传递追踪力轨迹。实验者以1.25m/s的速度行走且为关节提供助力，助力大小为关节所需总扭矩的15%，计算出外骨骼传递给实验者髋关节和踝关节的平均能量分别为1.67J和3.02J。并且计算出柔性外骨骼机器人传递给实验者髋关节和踝关节的效率分别为48%和70%。图1-2柔性电动外骨骼机器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]图1-3柔性多关节助力外骨骼机器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大学柔性康复外骨骼[41]。该装置为一套中风康复柔性外骨骼机器人，通过辅助踝关节运动，恢复中风病人术后的步态（图1-4）。中风病人不自然步态分为两种，踝关节背伸受损会降低脚向前推进的距离，破坏步态的对称性；踝关节跖屈受损会减少脚的离地间隔，破坏步态的协调性。该装置针对病人对系统的结构进行了优化，整体重量仅4.09kg，轻便且穿脱方便。该论文基于IMU设计了一种步态识别算法，细化了步态周期中特征点的划分，提高步态识别的精度。经过对三名中风术后患者的实验，结果表明柔性康复外骨骼机器人能够改善中风病人术后的步态，降低了步态的不对称性和提高脚蹬地的力矩。哈佛大学参数自优化柔性外骨骼机器人[42]。该装置采用了人在回路的思路，把穿戴者测得的代谢能融入控制回路中，用于解决不同穿戴者采用固定的控制策略，出现响应差异过大的问题（如图1-5所示）。人在回路中控制采用了贝叶斯优化的方法降低了信噪比并且对两个控制参数进行了优化，分别是力轨迹峰值的大小和力轨迹达到峰值的时间。经过对8名实验者的实验，得到人在回路
广西大学硕士学位论文基于多模态融合的柔性外骨骼系统研究3计一个通用的执行器模块，驱动不同的绑缚结构，进行多关节助力（图1-3）。该装置应用了导纳控制器，能够精确传递追踪力轨迹。实验者以1.25m/s的速度行走且为关节提供助力，助力大小为关节所需总扭矩的15%，计算出外骨骼传递给实验者髋关节和踝关节的平均能量分别为1.67J和3.02J。并且计算出柔性外骨骼机器人传递给实验者髋关节和踝关节的效率分别为48%和70%。图1-2柔性电动外骨骼机器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]图1-3柔性多关节助力外骨骼机器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大学柔性康复外骨骼[41]。该装置为一套中风康复柔性外骨骼机器人，通过辅助踝关节运动，恢复中风病人术后的步态（图1-4）。中风病人不自然步态分为两种，踝关节背伸受损会降低脚向前推进的距离，破坏步态的对称性；踝关节跖屈受损会减少脚的离地间隔，破坏步态的协调性。该装置针对病人对系统的结构进行了优化，整体重量仅4.09kg，轻便且穿脱方便。该论文基于IMU设计了一种步态识别算法，细化了步态周期中特征点的划分，提高步态识别的精度。经过对三名中风术后患者的实验，结果表明柔性康复外骨骼机器人能够改善中风病人术后的步态，降低了步态的不对称性和提高脚蹬地的力矩。哈佛大学参数自优化柔性外骨骼机器人[42]。该装置采用了人在回路的思路，把穿戴者测得的代谢能融入控制回路中，用于解决不同穿戴者采用固定的控制策略，出现响应差异过大的问题（如图1-5所示）。人在回路中控制采用了贝叶斯优化的方法降低了信噪比并且对两个控制参数进行了优化，分别是力轨迹峰值的大小和力轨迹达到峰值的时间。经过对8名实验者的实验，得到人在回路
本文编号：3324663
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柔性气动外骨骼机器人[39]
广西大学硕士学位论文基于多模态融合的柔性外骨骼系统研究3计一个通用的执行器模块，驱动不同的绑缚结构，进行多关节助力（图1-3）。该装置应用了导纳控制器，能够精确传递追踪力轨迹。实验者以1.25m/s的速度行走且为关节提供助力，助力大小为关节所需总扭矩的15%，计算出外骨骼传递给实验者髋关节和踝关节的平均能量分别为1.67J和3.02J。并且计算出柔性外骨骼机器人传递给实验者髋关节和踝关节的效率分别为48%和70%。图1-2柔性电动外骨骼机器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]图1-3柔性多关节助力外骨骼机器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大学柔性康复外骨骼[41]。该装置为一套中风康复柔性外骨骼机器人，通过辅助踝关节运动，恢复中风病人术后的步态（图1-4）。中风病人不自然步态分为两种，踝关节背伸受损会降低脚向前推进的距离，破坏步态的对称性；踝关节跖屈受损会减少脚的离地间隔，破坏步态的协调性。该装置针对病人对系统的结构进行了优化，整体重量仅4.09kg，轻便且穿脱方便。该论文基于IMU设计了一种步态识别算法，细化了步态周期中特征点的划分，提高步态识别的精度。经过对三名中风术后患者的实验，结果表明柔性康复外骨骼机器人能够改善中风病人术后的步态，降低了步态的不对称性和提高脚蹬地的力矩。哈佛大学参数自优化柔性外骨骼机器人[42]。该装置采用了人在回路的思路，把穿戴者测得的代谢能融入控制回路中，用于解决不同穿戴者采用固定的控制策略，出现响应差异过大的问题（如图1-5所示）。人在回路中控制采用了贝叶斯优化的方法降低了信噪比并且对两个控制参数进行了优化，分别是力轨迹峰值的大小和力轨迹达到峰值的时间。经过对8名实验者的实验，得到人在回路
广西大学硕士学位论文基于多模态融合的柔性外骨骼系统研究3计一个通用的执行器模块，驱动不同的绑缚结构，进行多关节助力（图1-3）。该装置应用了导纳控制器，能够精确传递追踪力轨迹。实验者以1.25m/s的速度行走且为关节提供助力，助力大小为关节所需总扭矩的15%，计算出外骨骼传递给实验者髋关节和踝关节的平均能量分别为1.67J和3.02J。并且计算出柔性外骨骼机器人传递给实验者髋关节和踝关节的效率分别为48%和70%。图1-2柔性电动外骨骼机器人[38]Fig.1-2Flexibleelectricexoskeletonrobot[38]图1-3柔性多关节助力外骨骼机器人[40]Fig.1-3Flexiblemultijointassistedexoskeletonrobot[40]哈佛大学柔性康复外骨骼[41]。该装置为一套中风康复柔性外骨骼机器人，通过辅助踝关节运动，恢复中风病人术后的步态（图1-4）。中风病人不自然步态分为两种，踝关节背伸受损会降低脚向前推进的距离，破坏步态的对称性；踝关节跖屈受损会减少脚的离地间隔，破坏步态的协调性。该装置针对病人对系统的结构进行了优化，整体重量仅4.09kg，轻便且穿脱方便。该论文基于IMU设计了一种步态识别算法，细化了步态周期中特征点的划分，提高步态识别的精度。经过对三名中风术后患者的实验，结果表明柔性康复外骨骼机器人能够改善中风病人术后的步态，降低了步态的不对称性和提高脚蹬地的力矩。哈佛大学参数自优化柔性外骨骼机器人[42]。该装置采用了人在回路的思路，把穿戴者测得的代谢能融入控制回路中，用于解决不同穿戴者采用固定的控制策略，出现响应差异过大的问题（如图1-5所示）。人在回路中控制采用了贝叶斯优化的方法降低了信噪比并且对两个控制参数进行了优化，分别是力轨迹峰值的大小和力轨迹达到峰值的时间。经过对8名实验者的实验，得到人在回路
本文编号：3324663
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