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Proceeding of Human Exoskeleton Technology and Discussions on Future Research 被引量:21
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作者 LI Zhiqiang XIE Hanxing +1 位作者 LI Weilin YAO Zheng 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期437-447,共11页
After more than half a century of intense efforts, the development of exoskeleton has seen major advances, and several remarkable achievements have been made. Reviews of developing history of exoskeleton are presented... After more than half a century of intense efforts, the development of exoskeleton has seen major advances, and several remarkable achievements have been made. Reviews of developing history of exoskeleton are presented, both in active and passive categories. Major models are introduced, and typical technologies are commented on. Difficulties in control algorithm, driver system, power source, and man-machine interface are discussed. Current researching routes and major developing methods are mapped and critically analyzed, and in the process, some key problems are revealed. First, the exoskeleton is totally different from biped robot, and relative studies based on the robot technologies are considerably incorrect. Second, biomechanical studies are only used to track the motion of the human body, the interaction between human and machines are seldom studied. Third, the traditional developing ways which focused on servo-controlling have inborn deficiency from making portable systems. Research attention should be shifted to the human side of the coupling system, and the human ability to learn and adapt should play a more significant role in the control algorithms Having summarized the major difficulties, possible future works are discussed. It is argued that, since a distinct boundary cannot be drawn in such strong-coupling human-exoskeleton system, the more complex the control system gets, the more difficult it is for the user to learn to use. It is suggested that the exoskeleton should be treated as a simple wearable tool, and downgrading its automatic level may be a change toward a brighter research outlook. This effort at simplification is definitely not easy, as it necessitates theoretical supports from fields such as biomechanics, ergonomics, and bionics. 展开更多
关键词 exoskeleton ROBOT BIOMECHANICS ERGONOMICS bionicS
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基于SMA的腕部外骨骼设计及其内外旋运动机理分析
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作者 秦学 侯瑞麟 +2 位作者 范颖豪 王银迪 王扬威 《现代制造工程》 北大核心 2025年第9期66-72,共7页
针对外骨骼机器人在仿生性、便携性上的问题,以及对腕部第三自由度内外旋运动研究的匮乏,在分析前臂带动腕部进行内外旋运动过程中肌肉运动机理的基础上,设计了一种基于形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)驱动的可穿戴腕部柔性外骨... 针对外骨骼机器人在仿生性、便携性上的问题,以及对腕部第三自由度内外旋运动研究的匮乏,在分析前臂带动腕部进行内外旋运动过程中肌肉运动机理的基础上,设计了一种基于形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)驱动的可穿戴腕部柔性外骨骼装置。根据人体前臂解剖结构中旋前圆肌、旋前方肌和旋后肌的作用机理,利用三维软件设计了一种符合生物力学的外骨骼装置,并通过SMA弹簧进行驱动从而实现腕部的内外旋运动。该外骨骼装置的仿生性和柔顺性符合人体腕部运动特性,其轻质、便捷性可有效辅助手功能缺失患者完成更加灵活的日常生活活动,为手功能康复医疗领域提供新的视角和方法。 展开更多
关键词 形状记忆合金 内外旋运动 手功能康复 仿生外骨骼 Vicon运动捕捉
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外骨骼机械手臂的运动分析及伺服控制 被引量:1
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作者 张志军 王世斌 王利波 《沈阳理工大学学报》 CAS 2013年第1期27-31,共5页
用三维软件UG对外骨骼机械手臂的结构进行设计,根据外骨骼机械手臂结构进行力学分析以及稳定性研究,研制一套可穿戴的外骨骼机械手臂,可实现手臂的负重和残疾人手臂的康复训练;建立机械手臂的物理模型;研究平衡阀和伺服换向阀的工作稳... 用三维软件UG对外骨骼机械手臂的结构进行设计,根据外骨骼机械手臂结构进行力学分析以及稳定性研究,研制一套可穿戴的外骨骼机械手臂,可实现手臂的负重和残疾人手臂的康复训练;建立机械手臂的物理模型;研究平衡阀和伺服换向阀的工作稳定特性。对手臂控制的稳定性做一定分析。研究结果表明,设计的外骨骼机械手臂满足设计要求。 展开更多
关键词 外骨骼 仿生机械手臂 齐次变换矩阵 伺服控制
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基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手设计研究 被引量:5
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作者 孟巧玲 沈志家 +1 位作者 陈忠哲 聂志洋 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期557-565,共9页
为辅助手功能障碍患者在日常生活中更好地进行手部的康复训练与活动,提出一种基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手。首先,基于弹性力学建立直梁型与半圆弧梁型柔性铰链刚度之间的映射关系模型,通过有限元模型改进半圆弧梁型柔性铰链的刚度... 为辅助手功能障碍患者在日常生活中更好地进行手部的康复训练与活动,提出一种基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手。首先,基于弹性力学建立直梁型与半圆弧梁型柔性铰链刚度之间的映射关系模型,通过有限元模型改进半圆弧梁型柔性铰链的刚度设计式,并利用三铰链串联式外骨骼手指有限元模型验证单铰链刚度设计式的通用性和有效性;其次,基于修正后的刚度设计式,设计基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手,通过绳索实现屈曲运动,通过柔性铰链的储能实现伸展运动,并根据齐次坐标变换建立相关的运动学模型,研究绳驱下的运动特性;最后,对试制的原型机进行屈曲性能与抓握能力的实验验证。外骨骼手指的仿真结果表明:单铰链的刚度设计式可用于复杂机构中各铰链的刚度计算,其误差值不大于3.5%;所试制的原型机手部执行构件仅重125 g,方便使用者日常携带。屈曲性能的实验结果表明:改进的刚度设计式减小了半圆弧梁型柔性铰链40%的刚度计算误差,使误差控制在5%以内,能快速获取满足弯曲条件的铰链几何尺寸。抓握能力的实验结果表明:两名健康受试者测量出外骨骼手单指能稳定输出8 N的指尖力,满足日常生活所需。因此,该外骨骼机械手可提供正常的关节活动度,其轻质便携及抓握能力高的特性还能辅助手功能障碍患者进行手部康复训练与日常活动。 展开更多
关键词 柔性外骨骼 柔性铰链 结构设计 刚度分析 仿生设计
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基于仿生肌肉驱动器的腕关节康复外骨骼的设计与仿真 被引量:2
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作者 韩亚丽 周一鸣 +1 位作者 周伟杰 盛士强 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2019年第12期32-36,共5页
基于生物肌肉的微观结构及运动机理,提出了一种机械类的电磁收缩仿生肌肉驱动器,并将其运用在腕关节康复外骨骼中。首先,进行仿生肌肉驱动器和腕关节康复外骨骼的机构设计;其次,进行基于仿生肌肉驱动器的腕关节康复外骨骼机构的运动学... 基于生物肌肉的微观结构及运动机理,提出了一种机械类的电磁收缩仿生肌肉驱动器,并将其运用在腕关节康复外骨骼中。首先,进行仿生肌肉驱动器和腕关节康复外骨骼的机构设计;其次,进行基于仿生肌肉驱动器的腕关节康复外骨骼机构的运动学仿真分析,研究不同串、并联情况下驱动器对腕关节康复外骨骼的性能影响;最后,验证了设计的腕关节康复外骨骼在腕关节康复应用中的可行性。 展开更多
关键词 肌肉运动机理 仿生肌肉驱动器 腕关节康复外骨骼 动力学仿真
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基于SMA驱动模块的腕部柔性外骨骼设计 被引量:9
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作者 谢巧莲 孟巧玲 +4 位作者 曾庆鑫 戴玥 吴志宇 陈立宇 喻洪流 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期406-413,共8页
针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)驱动模块的腕部柔性外骨骼.首先,研究SMA弹簧的最大可回复拉伸长度与相变温度特性,建立SMA驱动模块的SMA弹簧与锰钢片的混合模型.然后,根据人体... 针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)驱动模块的腕部柔性外骨骼.首先,研究SMA弹簧的最大可回复拉伸长度与相变温度特性,建立SMA驱动模块的SMA弹簧与锰钢片的混合模型.然后,根据人体腕关节运动范围和所需拉力,对该混合模型进行参数优化.最后,提出了一种弹性元件势能、风冷和高低电流切换混合的SMA弹簧冷却方法,设计了基于运动角度和相变温度反馈的控制方法.为了验证腕部柔性外骨骼的实际使用效果,进行穿戴训练和测温实验.实验结果表明,该外骨骼的仿生性和柔顺性符合人体腕关节运动特性,其轻质、便携性可提高日常生活活动辅助效果. 展开更多
关键词 形状记忆合金(SMA) 柔性外骨骼 柔性驱动器 仿生性 腕部外骨骼
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柔性外骨骼手的抓取力控制方法 被引量:11
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作者 刘自文 赵亮 +5 位作者 于鹏 杨铁 杨洋 常俊玲 赵新刚 刘连庆 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期483-492,共10页
为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索... 为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索入口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力.针对套索传动过程中存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0。.90。范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿.最后通过柔性外骨骼手套抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,手指指尖接触力的误差最大范围为±1N.为了验证柔性外骨骼手套的实际使用效果,在丧失手部运动功能的患者身上进行了柔性外骨骼手套的抓取实验.实验结果表明,柔性外骨骼手套可以辅助患者完成对日常生活用品的可靠抓取. 展开更多
关键词 柔性外骨骼 仿生学 摩擦补偿 静态力学模型 抓取力控制
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外骨骼助行机器人的人机耦合运动特性 被引量:3
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作者 陈勇 李荣华 张连东 《现代机械》 2016年第2期1-5,共5页
利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,实时记录人体在平地行走的运动过程,获得了步态参数,通过分组对比,研究了老年人的行走特点。根据老年人的运动特性,设计了一种老年人外骨骼助行机器人,建立了穿戴者与外骨骼助行机器人的人机... 利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,实时记录人体在平地行走的运动过程,获得了步态参数,通过分组对比,研究了老年人的行走特点。根据老年人的运动特性,设计了一种老年人外骨骼助行机器人,建立了穿戴者与外骨骼助行机器人的人机耦合模型,研究了人机耦合运动特性,为外骨骼助行机器人的耦合仿生设计提供了运动学基础。 展开更多
关键词 外骨骼助行机器人 人机耦合 运动特性 老年人 仿生设计
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一种可穿戴下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真 被引量:5
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作者 白云峰 吴汉忠 +3 位作者 刘建辉 董威威 丁浩 朱世根 《毛纺科技》 CAS 北大核心 2021年第7期68-74,共7页
针对外骨骼机器人灵活性不高、运动范围不足的问题,根据人体下肢的运动特点及骨骼结构,采用仿生学原理设计了一款具备高度灵活性且能助力人体下肢运动的下肢外骨骼机器人,并详细说明了其主要关节的机构设计原理。利用D-H参数法对下肢外... 针对外骨骼机器人灵活性不高、运动范围不足的问题,根据人体下肢的运动特点及骨骼结构,采用仿生学原理设计了一款具备高度灵活性且能助力人体下肢运动的下肢外骨骼机器人,并详细说明了其主要关节的机构设计原理。利用D-H参数法对下肢外骨骼机器人进行了运动学建模,并做出了正运动学求解,为机构设计提供了理论上的依据。运用SolidWorks软件对下肢外骨骼机器人进行了三维建模仿真,并将该模型导入ADAMS软件进行了运动学仿真分析。结果表明,机构模型设计合理,对实物模型的建立与控制模块的研究具有指导作用。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 仿生学 三维建模仿真 D-H参数法 运动学仿真
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穿戴式下肢外骨骼康复机器人机械设计 被引量:3
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作者 王志鹏 郭险峰 《科技资讯》 2012年第33期5-7,共3页
本文设计了一种用于下肢功能障碍患者康复治疗的外骨骼机器人。根据外骨骼机器人的功能与工作原理,分析了其结构组成与设计过程中的关键问题。并从仿生学角度为外骨骼机器人配置自由度,设定关节活动范围及连杆尺寸,对机械结构进行了初... 本文设计了一种用于下肢功能障碍患者康复治疗的外骨骼机器人。根据外骨骼机器人的功能与工作原理,分析了其结构组成与设计过程中的关键问题。并从仿生学角度为外骨骼机器人配置自由度,设定关节活动范围及连杆尺寸,对机械结构进行了初步分析与优化设计。为进一步的研究、分析、设计工作打下了基础。 展开更多
关键词 外骨骼 康复 仿生 机械结构
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可穿戴式下肢外骨骼康复机器人研究进展 被引量:42
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作者 丁逸苇 涂利娟 +2 位作者 刘怡希 张冀聪 帅梅 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期522-532,共11页
对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了... 对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了不同外骨骼机器人的设备特点及应用场景,详细分析了机器人的驱动方式、控制系统以及训练模式等关键技术。最后,着重探讨了下肢外骨骼康复机器人未来发展所面对的挑战,并针对机械结构优化、驱动算法优化、康复流程智能化、基于虚拟现实技术的应用场景优化及康复效果评估等5方面提出了可行的探讨,对下肢外骨骼康复机器人未来的技术发展趋势作出可行分析。 展开更多
关键词 下肢外骨骼康复机器人 智能仿生机械设备 康复医学 脊髓损伤康复
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仿生自驱动行走助力设备设计 被引量:1
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作者 方思思 黄伟间 +2 位作者 徐兵 贺良杰 杨俊 《机械工程师》 2018年第3期111-112,116,共3页
为解决人们在负重、长途行走过程中的体力和速度等方面的难题,通过模仿鸵鸟的跟腱部位,沿用助力设备普遍采用的外骨骼形式,设计了一个轻巧简便的机械模型,利用人体行走过程中重力做功而产生的能量,将其储存起来,并将其转化为辅助人体行... 为解决人们在负重、长途行走过程中的体力和速度等方面的难题,通过模仿鸵鸟的跟腱部位,沿用助力设备普遍采用的外骨骼形式,设计了一个轻巧简便的机械模型,利用人体行走过程中重力做功而产生的能量,将其储存起来,并将其转化为辅助人体行走或奔跑的动能。通过对模型的机构运动简图的运动分析,阐述其能量存储和释放的过程,从理论上验证其可行性,根据机构模型设计了设备的三维模型,并具体设计各零部件。该模型不需要外界动力源、结构简单紧凑,而且能量的储存和释放程度可调节,为人们负重、长途行走等提供了助力方式,解决了助力设备活动范围有限的问题。 展开更多
关键词 自驱动 行走助力 能量存储 仿生 外骨骼
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下肢外骨骼仿生驱动器的设计与仿真 被引量:1
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作者 丁志远 韩亚丽 +2 位作者 杨军 周伟杰 吴振宇 《机械研究与应用》 2019年第4期82-85,95,共5页
提出了一种新型仿生驱动器设计方案,用于下肢外骨骼的刚性驱动和柔性驱动模式切换,模拟人体步行过程中下肢肌肉的工作特性。首先,基于仿生特性和助力需求,设计驱动器对应的机械结构,同时介绍了驱动器工作模式;对驱动器进行动力学建模,... 提出了一种新型仿生驱动器设计方案,用于下肢外骨骼的刚性驱动和柔性驱动模式切换,模拟人体步行过程中下肢肌肉的工作特性。首先,基于仿生特性和助力需求,设计驱动器对应的机械结构,同时介绍了驱动器工作模式;对驱动器进行动力学建模,分析不同的系统参数对系统的影响;最后,建立虚拟样机模型,利用ADAMS进行运动学仿真,仿真结果表明驱动器能够实现人体运动有效助力,验证了模型的合理性。 展开更多
关键词 仿生驱动器 下肢外骨骼 动力学建模 虚拟样机仿真
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面向上肢的外骨骼驱动器综述 被引量:2
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作者 丁志远 方礼贤 +2 位作者 陈浩 任雨菲 杨雨昕 《科技创新与应用》 2019年第19期35-38,共4页
首先阐述了上肢外骨骼研究的背景和意义;接着总结了国内外上肢外骨骼的研究现状,分析了几种典型的上肢外骨骼助力器的特性和功能;然后从机构设计和驱动设计两方面分析了上肢外骨骼机器人的设计要点,再以弹性驱动器为例介绍了仿生驱动器... 首先阐述了上肢外骨骼研究的背景和意义;接着总结了国内外上肢外骨骼的研究现状,分析了几种典型的上肢外骨骼助力器的特性和功能;然后从机构设计和驱动设计两方面分析了上肢外骨骼机器人的设计要点,再以弹性驱动器为例介绍了仿生驱动器的概念;最后结合人工智能技术,对上肢外骨骼的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 仿生驱动器 上肢外骨骼 机器人
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美军外骨骼装备研究及应用 被引量:2
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作者 牛贵君 《军事体育学报》 2013年第3期93-95,共3页
随着科学技术的快速发展,仿生技术在近几十年有了长足的进步,尤其是军事仿生技术一直是各国抢占军事制高点的关键。从仿生技术的概念入手,在对美军外骨骼装备进行了研究的基础上,对仿生装备的特点和应用趋势进行了分析。
关键词 军事仿生 军事 外骨骼
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基于推拉式软轴传动的外骨骼机械系统研究
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作者 华福虎 王国庆 +2 位作者 杨思奇 梁思瑞 屈琪峰 《机械传动》 CSCD 北大核心 2018年第10期73-76,90,共5页
针对近年来老年人数量急剧增加而带来的对助老助残工具的迫切需求,从仿生的角度设计了一款外骨骼助力机器人。在确定使用推拉式软轴驱动运动关节后,首先完成了外骨骼机器人肩肘部关节等结构和机构的设计;随后对踝关节等柔性驱动进行设计... 针对近年来老年人数量急剧增加而带来的对助老助残工具的迫切需求,从仿生的角度设计了一款外骨骼助力机器人。在确定使用推拉式软轴驱动运动关节后,首先完成了外骨骼机器人肩肘部关节等结构和机构的设计;随后对踝关节等柔性驱动进行设计,并对各个关节的活动范围进行了分析。最后在动力学仿真软件中对外骨骼机器人腿关节运动、足端运动进行了动力学分析和行走步态的运动学分析,证明了该机器人在运动平稳性和速度稳定性方面能够满足其作为助力工具的需求。 展开更多
关键词 外骨骼机器人 推拉式软轴 助力 仿生
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龙虾节肢仿生的双板滑雪服衣袖肘部结构优化设计 被引量:1
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作者 凃婧雯 钟安华 《服饰导刊》 2022年第5期8-14,共7页
[研究意义]随着滑雪运动愈加普及,滑雪服市场也愈加扩大,滑雪服能否满足运动需求是滑雪者选择滑雪服的重要影响因素之一,文章旨在探索一种新的结构设计方法,使滑雪服衣袖肘部结构充分满足运动松量需求,[研究方法]文章从仿生设计角度出发... [研究意义]随着滑雪运动愈加普及,滑雪服市场也愈加扩大,滑雪服能否满足运动需求是滑雪者选择滑雪服的重要影响因素之一,文章旨在探索一种新的结构设计方法,使滑雪服衣袖肘部结构充分满足运动松量需求,[研究方法]文章从仿生设计角度出发,通过查阅文献、对比分析、数值分析、三维模拟等方法,将节肢动物龙虾的外骨骼结构特征与双板滑雪服衣袖肘部结构相结合,进行创新设计。[研究结果与结论]研究认为:①滑雪过程中人体肘关节屈曲至90°前后的变化率与龙虾运动时其背部的弯曲变化率差别不大,在5%左右,总体来看肘关节拉伸变形趋势与龙虾背部运动弯曲变化趋势大体相符。②滑雪服衣袖肘部需优化设计的范围为13.8cm,肘线以上分配6.8cm、以下分配7cm,此范围共分为3个小节、4个插片,小节设置为中间长3cm、两侧长2cm的不规则长方形,插片设置为短轴长1.2cm、两头尖的纺锤形。③优化设计后的滑雪服衣袖肘部在手臂伸直状态下无过多面料堆积和凸起,在肘关节屈曲至120°时,肘部仍剩余部分松量,能够极大满足双板滑雪时手臂运动需求。 展开更多
关键词 双板滑雪服 肘关节屈伸 仿生设计 节肢动物 三维建模
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