关键词： 外骨骼机器人   动力学模型   参数辨识   滑模控制   步态跟踪  

摘要： 为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。

关键词： 前列腺癌   进展期   机器人辅助腹腔镜手术   尿动力学  

摘要： 目的分析机器人辅助腹腔镜前列腺癌根治术(RALRP)治疗进展期前列腺癌的临床疗效及对术后尿动力学的影响。方法回顾性分析2017年2月至2021年6月空军军医大学西京医院收治的72例进展期前列腺癌患者的临床资料,根据治疗方式不同分为腹腔镜前列腺癌根治术(LRP)组(40例)和RALRP组(32例)。比较两组患者手术情况、尿动力学指标(最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率)、术后临床分期和Gleason评分以及术后并发症发生情况。结果两组手术时间、术中出血量及切缘阳性率比较差异无统计学意义(P>0.05),RALRP组拔除尿管时间、膀胱颈尿道吻合时间少于LRP组[(15.35±3.15)d比(17.05±3.21)d、(14.3±3.1)min比(18.4±3.3)min](P<0.05或P<0.01)。最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率手术前后和组间的主效应差异有统计学意义(P<0.01),组间和时点间均存在交互作用(P<0.01),术后6个月RALRP组最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率高于对照组(P<0.05)。两组术后临床分期、Gleason评分分布比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组术后总并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论RALRP可有效改善进展期前列腺癌患者的尿动力学指标,且具有较好的吻合重建效果。

关键词： Udwadia-Kalaba理论   动力学模型   四足机器人   滑模控制  

摘要： 处理多体系统动力学问题的传统方法是拉格朗日方法,但是在求解过程中会引入拉格朗日乘子,增加了求解显式动力学方程的难度。针对四足机器人动力学建模复杂的问题,基于Udwadia-Kalaba(UK)理论研究了四足机器人的单腿模型,建立了一种求解其显式动力学方程的新方法。为了简化获得方程的过程,使用UK方程来处理运动约束。考虑到真实环境的不确定性,利用滑模控制原理设计了一个非线性控制器来跟踪运动轨迹。数值模拟结果证明了动力学方程与控制器的正确性和有效性。

关键词： 外骨骼机器人   拉格朗日方程   动力学仿真   虚拟样机  

摘要： 下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率,减轻康复医师的工作量。设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系,采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模,将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真,得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况,对仿真数据进行分析,验证了数据的正确性,为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。

关键词： 仿蠕虫移动机器人   动力学建模   临界驱动力   驱动协调  

摘要： 提升仿蠕虫移动机器人的移动性能是蠕虫机器人研究的核心.本文以多单元仿蠕虫移动机器人的多自由度动力学模型为基础,采用恒等相位差(Identical Phase Difference, IPD)模式协调各驱动单元间的变形,数值结果表明理论模型可以有效地模拟机器人的运动.基于该模型,推导了IPD模式下机器人驱动单元的临界驱动力表达式,并以7单元仿蠕虫机器人为例,研究了驱动协调模式对机器人移动性能的影响,结果表明即使较少的驱动单元也可以在合理的驱动协调形式下使机器人获得良好的移动性能.最后,研究了恒等相位差、各向异性摩擦系数、轴向变形因子与机器人移动性能间的关系,为提高仿蠕虫机器人的移动性能提供了理论参考.

关键词： 海参捕捞机器人   吸捕机构   耐压控制舱   静力学分析   推进器   履带驱动系统   流场模拟   水动力学性能  

摘要： 人工捕捞海参不仅劳动强度大,而且作业危险系数极高,高昂的捕捞成本导致海参的市场推广范围较小。采用水下机器人代替人工进行海参捕捞作业已成为研究热点,但受限于海参捕捞效率低、参体损伤大、机器人运动控制精度要求高等因素,目前市场上还没有成熟的海参捕捞机器人。基于此,文中设计一种以海参为主要捕捞对象的履带式水下机器人,根据海参捕捞作业的要求,通过理论计算和数值模拟方法详细设计机器人的吸捕机构、耐压控制舱、推进系统三大关键部件。然后,通过分析与流体的相互作用,创建简化后的机器人有限元模型,对其在流场内水平直航和水平斜航时的水动力学性能进行分析。文中研究工作对机器人的样机制作和成熟推广具有重要的参考价值。

关键词： 双足机器人   极限环   分岔与混沌   动力学参数   参数空间  

摘要： 为了研究动力学参数对双足机器人步态的影响,以被动步行平足机器人为研究对象,基于拉格朗日方法和角动量守恒定律,建立系统动力学方程并进行了数值仿真。通过极限环阐述了平足机器人的周期步态;利用分岔理论分析了脚掌、脚跟、质心位置、质量比和斜面角度对平足机器人稳定步态的影响;使用点映射在二维参数空间中追踪了平足机器人的动力学行为。结果表明,平足机器人的能量损耗主要发生在摆动腿与斜面碰撞时;随着脚跟、质心位置、质量比的变化,平足机器人步态出现逆倍周期分岔现象,且平足机器人对脚跟长度、质心位置的变化十分敏感;同时,通过平足机器人在二维参数空间中维持稳定步态的动力学参数组合,以及不同足形对机器人全局稳定性的影响,证明了足形对双足机器人稳定行走的重要性。研究成果为双足机器人的结构设计、节能控制提供了重要依据。

关键词： 机构学   机器人学   机器创新   学科交叉  

摘要： 在机器创新发展中,机构与机器人学发挥着举足轻重的作用。随着人类生产生活方式的变革性发展,机构学未来将主要研究和构建行为机构学理论体系,机器人领域则将通过多学科交叉,着重构建和发展共融机器人理论、技术和工程应用体系,为提升国家高端装备设计水平和技术自主可控做出贡献。

关键词： 刚-散耦合   多体系统   散体颗粒   Poncelet公式   动力学分析  

摘要： 在行星探索过程中涉及探测器在星壤上着陆、运动以及收集、存储某些样本材料等问题,因此需要建立探测机器人在沙土上运动的动力学模型,从而优化其系统构型.近年来,对跳跃型探测机器人研究得到了越多越多的关注.本文采用离散元法对颗粒场进行建模,以及采用多体动力学方法对机械系统进行建模,对机器人单足系统在沙土上的跳跃问题进行耦合动力学仿真分析.基于经典土力学Prandtl-Reissne理论,从颗粒场受压分层的形式和动量传递出发,对描述颗粒侵入阻力的惯性力动阻力项进行了修正,提出了一种修正的Poncelet公式.通过与离散元仿真结果对比,说明所提出修正公式比原始的Poncelet公式更准确地计算了机械足受到的沙土侵入阻力,尤其在达到一定侵入深度表现出更好的收敛性.最后分析了机械腿足部的不同尺寸和形状对沙土中跳跃效果的影响,给出了锥形足部和柱形足部的体积对跳跃效果影响的近似计算公式.本研究将拓展刚-散耦合动力学理论,并且为新型探测器在行星土壤上运动的系统设计提供技术支撑.

关键词： 球形水下机器人   滚动试验   动力学模型   运动仿真  

摘要： [目的]为了探究球形水下机器人的滚进运动规律,以及质量分布对其运动的影响,对其机械机构进行创新设计及分析。[方法]首先,依据牛顿-欧拉方法建立球形机器人的滚进动力学模型;然后,通过地面滚进试验和水下滚进动力学理论研究,分析机器人的质量分配对滚进运动产生的影响;最后,通过搭建仿真环境和虚拟样机,对球形水下机器人在水下和陆地的滚进动力学进行对比分析。[结果]结果表明,当内置小车以恒定角速度输出时,该球形机器人的运动位移呈波动变化且驱动小车在球壳内的摆角也成周期性变化规律;当增加驱动配重时,小车摆角的周期和幅值均相应变小,球形水下机器人的运动更为稳定。[结论]所做研究可为球形水下机器人的设计优化提供指导。