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主动助力下肢康复外骨骼机器人研究现状 被引量:2
1
作者 郭毅锋 邓凯 +2 位作者 黄丽敏 贺敏 张敏 《机械传动》 北大核心 2025年第5期161-176,共16页
【意义】在当前人口老龄化和下肢障碍人群急剧增加的情况下,开发主动助力下肢康复外骨骼机器人具有重要的意义。【分析】对国内外主动助力下肢康复外骨骼机器人的研究现状进行了综述。按单关节和多关节进行分类,重点总结了两类机器人的... 【意义】在当前人口老龄化和下肢障碍人群急剧增加的情况下,开发主动助力下肢康复外骨骼机器人具有重要的意义。【分析】对国内外主动助力下肢康复外骨骼机器人的研究现状进行了综述。按单关节和多关节进行分类,重点总结了两类机器人的结构、适用人群、应用场景等关键信息;对其中的关键技术(驱动器类型、人机耦合、能源动力等)进行了阐述和分析;最后,围绕主动助力下肢康复外骨骼机器人的关键技术与未来发展趋势进行了分析与展望。 展开更多
关键词 主动助力 下肢康复外骨骼 下肢障碍 驱动器 人机耦合
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AES-SEA and Bionic Knee Based Lower Limb Exoskeleton Design and LQR-virtual Tunnel Control
2
作者 Yi Long Zhibin Cai Hexiao Guo 《Journal of Bionic Engineering》 2025年第3期1231-1248,共18页
The lower limb assisted exoskeleton is a prominent area of research within the field of exoskeleton technology.However,several challenges remain,including the development of flexible actuators,high battery consumption... The lower limb assisted exoskeleton is a prominent area of research within the field of exoskeleton technology.However,several challenges remain,including the development of flexible actuators,high battery consumption,the risk of joint misalignment,and limited assistive capabilities.This paper proposes a compact flexible actuator incorporating two elastic elements named Adjustable Energy Storage Series Elastic Actuator(AES-SEA),which combining an adjustable energy storage device with a series elastic actuator for application in exoskeleton hip joints.This design aims to enhance energy efficiency and improve assistive effects.Subsequently,we introduce a novel knee joint bionic structure based on a pulley-groove configuration and a four-link mechanism,designed to replicate human knee joint motion and prevent joint misalignment.Additionally,we propose an innovative controller that integrates concepts from Linear Quadratic Regulator(LQR)control and virtual tunnel for level walking assistance.This controller modulates the assisted reference trajectory using the virtual tunnel concept,enabling different levels of assistance both inside and outside the tunnel by adjusting the parameters Q and R.This approach enhances the assisting force while ensuring the safety of human-computer interaction.Finally,metabolic experiments were conducted to evaluate the effectiveness of the exoskeleton assistance. 展开更多
关键词 Bioinspired joint Energy storage human-exoskeleton Interaction Lower limb exoskeleton LQR control Series elastic actuation(SEA)
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康复下肢外骨骼人机耦合建模及助力效果仿真研究 被引量:3
3
作者 程有亮 曹诗沛 陶璟 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第1期69-75,共7页
针对康复下肢外骨骼机器人助行效果量化评估缺乏有效方法与技术的问题,提出了基于人机耦合建模与生物力学仿真的康复外骨骼助力效果评价方法。基于Opensim生物力学仿真平台搭建了个性化人机模型,通过人机耦合模型正向步态仿真解算外骨... 针对康复下肢外骨骼机器人助行效果量化评估缺乏有效方法与技术的问题,提出了基于人机耦合建模与生物力学仿真的康复外骨骼助力效果评价方法。基于Opensim生物力学仿真平台搭建了个性化人机模型,通过人机耦合模型正向步态仿真解算外骨骼助力行走中的关键人机交互力和人体下肢肌肉力,量化评估下肢外骨骼机器人助力效果、生物力学效应和风险。仿真结果表明在外骨骼驱动下,偏瘫患者与健全者肌肉整体呈现下降趋势,健全者肌肉力下降幅度更大,而股四头肌和股二头肌在步态部分时间段存在增大情况,原因是由于外骨骼简化的铰链机构不能满足人体下肢髋关节的运动,可以考虑增加髋关节自由度;人机交互力(轴套力)结果显示,偏瘫患者的人机交互力极值要高于健全者,原因是患者不能主动施力,步态过程需要更多助力,两者趋势平稳,能够为人体平稳助力。下肢外骨骼助力效果评估提供了一种便捷安全的技术手段。 展开更多
关键词 个性化 康复下肢外骨骼 人机耦合 生物力学
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人机相容型上肢康复外骨骼的构型设计与运动学分析
4
作者 张争艳 申文豹 +1 位作者 蒋飞飞 王佳鑫 《机械设计》 北大核心 2025年第2期50-60,共11页
为帮助因脑卒中导致的上肢运动障碍患者重新恢复上肢运动功能,提出一种7自由度、人机相容型上肢外骨骼机构。针对康复运动中人体上肢关节轴线漂移问题,运用高等机构学理论与人机相容理论对外骨骼机构进行构型设计,构建人-机多闭链恰约... 为帮助因脑卒中导致的上肢运动障碍患者重新恢复上肢运动功能,提出一种7自由度、人机相容型上肢外骨骼机构。针对康复运动中人体上肢关节轴线漂移问题,运用高等机构学理论与人机相容理论对外骨骼机构进行构型设计,构建人-机多闭链恰约束系统实现人-机运动相容。采用D-H方法建立人-机肩关节闭链运动学模型,推导人-机肩部关节之间运动关系。基于可操作性与肩关节屈曲角度对盂肱关节机构关节轴线方位角进行优选,得到上肢工作空间内无奇异点的盂肱关节构型,对比优化前后肩关节机构的工作空间范围。建立优化后整个外骨骼机构的运动学模型,在此基础上,采用蒙特卡洛法求解外骨骼机构的工作空间;同时,采用高次多项式插值法在关节空间对外骨骼机构进行轨迹规划,对规划后的关节运动情况进行分析。结果表明:提出的构型能满足上肢运动需求且工作空间内无奇异位形,规划后轨迹运动平缓,符合康复运动要求。 展开更多
关键词 外骨骼机构 恰约束闭链 人机相容性 工作空间 奇异性 轨迹规划
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膝踝关节外骨骼人机匹配性设计与优化
5
作者 唐欣尧 殷榕 +3 位作者 王旭鹏 杨佳音 刘晓宜 郝雨阳 《中国机械工程》 北大核心 2025年第10期2369-2378,共10页
针对现有外骨骼与人体腿部协调性差的问题,设计了一种基于人机匹配性的膝踝关节外骨骼。通过动作捕捉系统采集下肢关节运动的时空数据,结合生理膝关节滚滑运动特性,设计了能够适应人体膝关节运动瞬心的J字形运动轨迹的四杆机构,提出了... 针对现有外骨骼与人体腿部协调性差的问题,设计了一种基于人机匹配性的膝踝关节外骨骼。通过动作捕捉系统采集下肢关节运动的时空数据,结合生理膝关节滚滑运动特性,设计了能够适应人体膝关节运动瞬心的J字形运动轨迹的四杆机构,提出了模拟膝关节运动的连杆机构优化设计方法。数值模拟验证了优化后四杆机构能够很好地贴合人体运动,结合角度传感器实现了助力外骨骼控制系统的开发,进而借助步态和肌电实验对助力外骨骼性能有效性进行了验证。实验结果表明,穿戴后膝关节角度峰值变化幅度小于5%,膝关节力矩减小,股外侧肌、腓肠肌、股二头长头肌等肌肉活动度下降。 展开更多
关键词 膝踝关节 膝关节瞬心 助力外骨骼 人机耦合仿真分析 实验验证
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基于人工智能的外骨骼机器人应用
6
作者 韦良民 杨澳祥 +5 位作者 毛喆 李慰 刘敏 王春宝 姜炳春 王亚阁 《机电工程技术》 2025年第13期8-15,共8页
近年来,设计创新的工具和方法来把人工智能应用到外骨骼机器人设计中去的实验研究逐渐增多。这些创新的工具和方法的潜在优势就在于它们可以利用人工智能技术进行机器人的控制和数据分析,从而提供定制化的反馈和指导,实现个性化的康复... 近年来,设计创新的工具和方法来把人工智能应用到外骨骼机器人设计中去的实验研究逐渐增多。这些创新的工具和方法的潜在优势就在于它们可以利用人工智能技术进行机器人的控制和数据分析,从而提供定制化的反馈和指导,实现个性化的康复治疗方案。为了解人工智能在外骨骼机器人中的应用,根据外骨骼机器人的发展总结其设计中要注意的重点难点,即设计中需要用到的关键技术。通过分析这些关键技术,叙述了人工智能是怎么以新的工具和方法融入进外骨骼机器人中的。同时还指出了未来的外骨骼机器人将会在轻量化、多功能集成、远程康复和智能化等方面取得重大进展,为以后人工智能可以更好地引入到外骨骼机器人发展中去提供了一定的参考。 展开更多
关键词 人工智能 外骨骼机器人 人机交互 关键技术
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基于多刚-柔体动力学的腰部外骨骼机器人综合性能优化
7
作者 周祖意 杨玉维 齐文耀 《天津理工大学学报》 2025年第3期30-35,共6页
针对腰部疾病的防治与后期康复治疗的需求,提出一种基于人体生物力学仿生特性的新型外骨骼机器人人-机并联研究原型。为提高外骨骼运动承载性与穿戴舒适性,在搭建外骨骼矢状面多刚-柔体动力学模型的基础上,采用粒子群算法,深入开展人-... 针对腰部疾病的防治与后期康复治疗的需求,提出一种基于人体生物力学仿生特性的新型外骨骼机器人人-机并联研究原型。为提高外骨骼运动承载性与穿戴舒适性,在搭建外骨骼矢状面多刚-柔体动力学模型的基础上,采用粒子群算法,深入开展人-机并联系统的综合动态性能优化。仿真数据表明,穿戴外骨骼后人体等效受力明显降低,外骨骼优化后其穿戴舒适性获得明显改善,说明了外骨骼机器人具有较好的综合动态性能,以及外骨骼综合性能优化的合理有效性。 展开更多
关键词 腰部外骨骼机器人 人-机并联研究原型 多体动力学 综合动态性能优化
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面向下肢外骨骼的运动意图识别算法研究 被引量:1
8
作者 牛苗赫 雷飞 《智能系统学报》 北大核心 2025年第2期407-415,共9页
随着人工智能和传感技术的快速发展,下肢外骨骼技术在助力行走和运动辅助领域展现出巨大的潜力,利用表面肌电(surface myoelectricity,sEMG)信号解码人体运动意图对实现人机运动的协调统一至关重要。然而,由于sEMG信号具有时空差异和非... 随着人工智能和传感技术的快速发展,下肢外骨骼技术在助力行走和运动辅助领域展现出巨大的潜力,利用表面肌电(surface myoelectricity,sEMG)信号解码人体运动意图对实现人机运动的协调统一至关重要。然而,由于sEMG信号具有时空差异和非线性动态的特点,导致现有方法存在特征捕捉单一、识别准确率低等不足。针对上述问题,提出一种基于多尺度卷积神经网络的运动意图感知模型。该模型采用多个差异卷积块提取sEMG信号的时间与空间尺度特征,并利用多层深度网络捕捉sEMG信号的非线性动态特征。该模型针对离线肌电数据库的识别准确率达到94%,其中对全脚离地运动类别的识别准确率高达98%。在人体穿戴下肢外骨骼进行在线运动意图识别实验中,该模型的平均识别准确率超过90%,验证了其在下肢外骨骼意图识别领域的有效性。 展开更多
关键词 下肢外骨骼 助力行走 表面肌电信号 人机运动 多尺度 卷积神经网络 感知模型 意图识别
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肘腕4-DOF冗余康复外骨骼构型综合方法
9
作者 单泉 黄建聪 +1 位作者 张顺 陈砚 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期64-75,共12页
针对外骨骼康复机器人与人体之间轴线错位而导致的不兼容等问题,提出了一种冗余康复外骨骼的构型综合方法.首先,通过全局静力条件确定冗余运动副的数目,并利用几何分析减少冗余运动副类型组合的数目;其次,基于用户舒适度考虑了可能的冗... 针对外骨骼康复机器人与人体之间轴线错位而导致的不兼容等问题,提出了一种冗余康复外骨骼的构型综合方法.首先,通过全局静力条件确定冗余运动副的数目,并利用几何分析减少冗余运动副类型组合的数目;其次,基于用户舒适度考虑了可能的冗余运动副轴线组合并选择了合适的组合方式;接着,结合工程约束考虑冗余运动副的可能位置排列并确定最优位置排列;最后,通过分析冗余运动副的运动,确定外骨骼和人体的位置和姿态.结果表明,在不同的轴线错位情况下,最优构型使外骨骼与人体能够实现相同的位置和姿态,有效克服了运动学不兼容性问题. 展开更多
关键词 人机相容性 机构合成 人机闭链 外骨骼机器人
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基于节律性动态运动基元的下肢外骨骼柔顺控制
10
作者 何龙 任敬伟 刘涛 《医用生物力学》 北大核心 2025年第4期948-954,共7页
目的 为解决下肢康复外骨骼在人机交互控制中的挑战,通过优化步态模式设计和柔顺控制策略,提升康复训练的安全性、舒适性和精确性。方法 利用节律性动态运动基元生成个性化步态轨迹,并结合导纳控制策略设计轨迹跟踪控制器。该控制器通... 目的 为解决下肢康复外骨骼在人机交互控制中的挑战,通过优化步态模式设计和柔顺控制策略,提升康复训练的安全性、舒适性和精确性。方法 利用节律性动态运动基元生成个性化步态轨迹,并结合导纳控制策略设计轨迹跟踪控制器。该控制器通过实时调节控制参数,引导患者步态接近期望轨迹,同时减少交互力矩,提高步态一致性,并确保康复训练的安全性和有效性。结果 3名受试者在下肢康复外骨骼设备上的行走实验结果表明,轨迹跟踪模式相较于透明模式,髋、膝关节角度轨迹均方误差分别从7.24°和13.25°降至3.01°和4.76°,平均绝对误差分别从6.35°和11.17°降至2.54°和3.50°。关节交互扭矩绝对平均值从3.55、3.42 N·m降至2.80、1.86 N·m。结果验证了轨迹跟踪控制器能够显著提高步态一致性和舒适性。结论 节律性动态运动基元结合柔顺控制策略在下肢康复外骨骼中的应用展现了广阔的潜力,为患者提供更安全、个性化的康复体验。 展开更多
关键词 下肢康复外骨骼 动态运动基元 柔顺控制 人机交互 轨迹跟踪 步态
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协作助力机器人变阻尼导纳控制策略研究
11
作者 涂细凯 陆浩 +1 位作者 王一举 李肖 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第2期312-316,共5页
为了改善上肢外骨骼机器人辅助提升负载过程中的平稳性和助力效果,提出一种变阻尼导纳控制策略。针对传统固定参数导纳控制无法较好识别操作者的运动意图,提出依据人体肌肉表面肌电信号在线识别人体意图变化,建立了肌肉激活度模型和可... 为了改善上肢外骨骼机器人辅助提升负载过程中的平稳性和助力效果,提出一种变阻尼导纳控制策略。针对传统固定参数导纳控制无法较好识别操作者的运动意图,提出依据人体肌肉表面肌电信号在线识别人体意图变化,建立了肌肉激活度模型和可变阻尼的控制策略,从而使得外骨骼机器人根据人体意图变化动态响应。通过对比可变虚拟阻尼系数和固定虚拟阻尼系数两种导纳控制策略,在上肢外骨骼机器人辅助负载提升实验中,可变阻尼的方法生成了更平滑的运动轨迹,并且提供了更好的助力效果。最后通过量化平稳性和助力效果评价指标,证明了其在人机协作系统可行性和有效性。 展开更多
关键词 上肢外骨骼 变导纳控制 表面肌电 人机协作
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外骨骼机器人在医疗和军事领域的研究现状与发展趋势
12
作者 张宏志 董元涵 周革利 《黑龙江医学》 2025年第19期2423-2425,共3页
外骨骼机器人技术作为康复医学与军事装备的革新力量,正在全球范围内加速发展。文章系统分析了医疗与军事领域外骨骼技术的研究现状:在医疗领域,国际领先的闭环神经刺激、人工智能(AI)个性化康复等技术已实现临床转化,我国在大艾机器人... 外骨骼机器人技术作为康复医学与军事装备的革新力量,正在全球范围内加速发展。文章系统分析了医疗与军事领域外骨骼技术的研究现状:在医疗领域,国际领先的闭环神经刺激、人工智能(AI)个性化康复等技术已实现临床转化,我国在大艾机器人等国产设备上实现了40%的步速提升与50%的成本优化;在军事领域,美国ONYX系统提升了士兵28%的移动效率,我国“灵犀”外骨骼机器人在高原环境中表现突出。研究同时揭示了能源续航(甲醇燃料电池方案提升至72 h)、人机交互延迟(华为芯片压缩至150 ms)等关键技术挑战,并指出AI数字孪生、军民两用等未来趋势。我国需突破核心部件国产化(当前不足30%)与医保覆盖(当前不足15%)等瓶颈,以推动技术普惠化发展。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 医疗康复 军事增强 人工智能算法 人机协同
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下肢外骨骼机器人交互力激励估计与稳定性分析 被引量:5
13
作者 汪步云 李正正 +3 位作者 许德章 程军 梁艺 杨鸥 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期54-67,共14页
为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人... 为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人机交互力,进而给出了CoM-CoP-CoA(质心-足压中心-加速度合成点)数学表达式,探究了人机交互力对外骨骼助行稳定性的影响。其次,在上述数学表达式的基础上,采用区域比较法,提出了基于矩阵不等式的外骨骼助行稳定性判据。再次,为探究助行速度与稳定裕度的关联关系,通过改进的稳定裕度描述法,提出了一种稳定裕度评价函数,用以优化外骨骼的助行速度。最后,开展了3种助行速度下的人机协同行走对比实验,分析了实验结果,并优化了人机协同行走时的速度。实验结果表明,所提出的稳定性判据和评价函数能够实现对外骨骼助行稳定性的判别及助行速度的优化。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 人机交互 多模信息融合 助行稳定性 稳定裕度优化
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肌电和足压信息融合的外骨骼步态识别 被引量:5
14
作者 汪步云 缪龙 +3 位作者 吴臣 杨鸥 张振 许德章 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期278-287,共10页
为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信... 为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信息的肌电信号与运动信息的足压信号相融合,构建了支持向量机-模糊C均值(support vector machine-fuzzy C-mean algorithm,SVM-FCM)多模信息融合的外骨骼助行步态识别算法;开展了人机协同助行实验,实验结果表明:信息融合后的人机步态相位平均识别率达到82.49%,优于使用单一信号的识别效果,验证了多模信息融合算法识别人机协同步态的有效性。本研究可用于下肢外骨骼机器人运动控制,为人机运动相融奠定基础。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 多模态信息感知 人机步态识别 SVM-FCM融合算法
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人体穿戴髋关节助力外骨骼的行走运动学分析
15
作者 刘玉 黄岩 周志浩 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期422-430,共9页
针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状,对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析,得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼... 针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状,对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析,得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼中助力、外骨骼高助力和外骨骼阻力共6种模式下的运动数据,并通过逆运动学计算和数据分析,得到关节角度曲线和步态特征。实验结果在关节层面明确了髋关节外骨骼的助力机制,可为助力外骨骼的设计和运动控制提供参考。 展开更多
关键词 下肢助力外骨骼 运动学分析 人体行走运动 步态特征
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并联式髋关节外骨骼设计与基于人机耦合动力学方法的系统实现 被引量:2
16
作者 王向阳 陈春杰 +2 位作者 马跃 曹武警 吴新宇 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期339-350,共12页
同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此,本文提出了一款并联式髋关节外骨骼,通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节,同时具... 同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此,本文提出了一款并联式髋关节外骨骼,通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节,同时具有人体髋关节的所有运动自由度,并实现髋关节屈曲/伸展和外展/内收方向的助力。另外,为解决并联外骨骼驱动力耦合问题,提出了基于人机耦合动力学模型的控制方法,实现了各支链驱动器的协同助力控制。最后,构建了可穿戴外骨骼样机系统,在穿戴者身上开展了1类外骨骼运动性能验证实验和4类运动助力实验,实验结果验证了所提出外骨骼与人体良好的运动相容性以及控制器助力的有效性。 展开更多
关键词 并联式外骨骼 人机耦合动力学建模 人机交互 髋关节外骨骼
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面向人本智造的工业外骨骼:挑战、进展和展望 被引量:1
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作者 程鼎豪 娄山河 +4 位作者 郑浩 胡炳涛 洪兆溪 冯毅雄 谭建荣 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4179-4197,共19页
以人为本是工业5.0的重要特征之一,实现以人为本的安全生产是工业5.0背景下人本智造的基本要求。工业生产中仍有部分场景离不开人的精细操作和智能决策,在这些场景中实现以人为本的安全生产可以保护工人安全和提高生产效率。工业外骨骼... 以人为本是工业5.0的重要特征之一,实现以人为本的安全生产是工业5.0背景下人本智造的基本要求。工业生产中仍有部分场景离不开人的精细操作和智能决策,在这些场景中实现以人为本的安全生产可以保护工人安全和提高生产效率。工业外骨骼可以帮助工人减轻身体负担和风险,提高安全生产的效率和可靠性。为促进我国工业外骨骼在汽车装配、电力维修、矿山施工等工业场景中更好地协助工人进行安全生产,总结了国内外工业外骨骼的研究进展,根据人所承担的工作不同将外骨骼划分为用于姿态保持的工业外骨骼和用于负载抬举的工业外骨骼,并围绕工业外骨骼的定制设计、考虑人因的外骨骼控制系统设计、人机信任关系、工业外骨骼信息感知、人机交互以及工业外骨骼变刚度驱动6个方面分析实现以人为本的安全生产关键技术,在此基础上对工业外骨骼实现安全生产的技术发展趋势进行了总结和展望。 展开更多
关键词 工业5.0 人本智造 安全生产 工业外骨骼 人机交互
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可穿戴柔性上肢外骨骼的研究进展与展望 被引量:4
18
作者 戴一鸣 陈嘉琛 +2 位作者 刘晨东 杨大鹏 赵京东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-16,共16页
为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍... 为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍。此外,它们有能力通过额外的动力和功能来恢复或增强人类的运动能力。可穿戴柔性外骨骼作为一种新兴的外骨骼发展方向,相较于传统的刚性外骨骼,具有结构柔顺、人机交互性好和穿戴舒适性好等明显优势。首先,本研究结合柔性上肢外骨骼的3种主要驱动方式(绳驱、气动、形状记忆合金),详细解析不同驱动方式的相关研究成果和相应结构特点。然后,从结构、材料、控制、辅助4个方面分析和阐述如今柔性上肢外骨骼面临的关键技术挑战。最后,结合外骨骼在不同领域应用的需求,推测未来柔性上肢外骨骼技术将向灵活化、舒适化、顺应化、智能化方向发展。研究表明,可穿戴柔性上肢外骨骼的技术尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,新型的柔性执行器,柔性传感器等可为关键技术难题的突破提供参考。 展开更多
关键词 可穿戴外骨骼 柔性上肢外骨骼 人机交互 研究现状 发展趋势
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穿戴武器臂的人枪耦合系统发射响应研究 被引量:4
19
作者 何龙 姜荃 +1 位作者 李鹏杰 徐诚 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期386-394,共9页
穿戴式武器臂是一种新型单兵上肢外骨骼,对提高单兵火力打击效能具有重要作用,含武器臂的人枪耦合系统是一种复杂人机系统,其作用机制和动力学响应特性尚需进一步研究.提出了一种穿戴武器臂的总体方案,研制了穿戴式武器臂原理样机,采用1... 穿戴式武器臂是一种新型单兵上肢外骨骼,对提高单兵火力打击效能具有重要作用,含武器臂的人枪耦合系统是一种复杂人机系统,其作用机制和动力学响应特性尚需进一步研究.提出了一种穿戴武器臂的总体方案,研制了穿戴式武器臂原理样机,采用16通道Delsys表面肌电测试系统采集射手立姿据枪瞄准时左右臂和躯干肌肉的表面肌电信号,对典型射手在有/无穿戴武器臂状态下,双手握持枪械时的肌肉疲劳状况进行对比评估;采用Codamotion三维运动捕捉系统采集立姿无依托点射和单发射击过程中枪口响应数据,建立有/无穿戴武器臂状态立姿无依托人枪相互作用动力学仿真模型,通过试验和仿真分析穿戴武器臂状态人枪系统发射动态响应特性.研究结果表明穿戴武器臂立姿据枪瞄准时射手左手肌肉的积分肌电值除三角肌外均有明显的下降,肱二头肌的下降尤为显著;穿戴武器臂立姿无依托点射时枪口后坐和竖直方向的位移量相比“无武器臂持枪射击状态”大幅下降,抵肩力也大幅下降,穿戴式武器臂减轻了穿戴者的双手肌肉疲劳,提高了枪械的射击动态稳定性. 展开更多
关键词 上肢外骨骼 穿戴式武器臂 人枪系统 发射动力学 枪口响应
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重物质心自适应调节背负外骨骼负重性能分析 被引量:2
20
作者 李希源 张建军 +1 位作者 艾存金 宋井科 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期1299-1307,共9页
背负的重物质心在矢状面上的大幅波动会对人体肩、背部产生冲击与振荡力,引起上肢肌肉疲劳。为缓解和减轻重物对人体腰背部的冲击与振荡力,提出了一款以髋关节驱动的重物质心自适应调节背负外骨骼。以人体五杆模型为研究对象,运用D‐H... 背负的重物质心在矢状面上的大幅波动会对人体肩、背部产生冲击与振荡力,引起上肢肌肉疲劳。为缓解和减轻重物对人体腰背部的冲击与振荡力,提出了一款以髋关节驱动的重物质心自适应调节背负外骨骼。以人体五杆模型为研究对象,运用D‐H法建立人体‐重物系统与人体‐外骨骼‐重物系统中重物质心运动学模型并对比重物质心轨迹,基于牛顿‐欧拉法建立人体动力学模型与人机动力学模型,获得人体‐重物系统与人体‐外骨骼‐重物系统中人体肩、背部受力的变化以及腰椎、髋、膝关节力矩的变化,并利用生物力学软件OpenSim进行了验证。运动学、动力学分析及软件仿真表明了该外骨骼降低了重物质心的波动,改善了各关节的力矩分布,提升了负重性能。 展开更多
关键词 人机动力学 背负外骨骼 质心轨迹 负重性能
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