《液冷記憶合金彈簧驅動無關節手外骨骼關鍵技術研究》是依託東北大學，由楊建宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：液冷記憶合金彈簧驅動無關節手外骨骼關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊建宇
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為解決現有手部無關節外骨骼存在的個性差異適用性受限、移動性差、運動趨勢與實際不符,記憶合金執行器回響速度慢及患肢運動意圖判斷精確度不夠等問題，課題提出液冷記憶合金（SMA）彈簧驅動無關節手外骨骼方案。主要研究（1）基於人手筋腱仿生機理的無關節外骨骼結構和驅動方法；（2）全手無關節外骨骼驅運動仿生機理；（3）患肢運動意圖判斷方法；（4）液冷環境中SMA彈簧的快速回響控制。擬解決外骨骼裝置驅動線纜布置最佳化及結構參數自適應、健康人手自然運動的數學描述及液冷SMA彈簧執行器的控制等問題。最終開發出基於液冷SMA彈簧執行器的全手無關節外骨骼實驗平台，研究出液冷SMA彈簧快速回響控制方法和人手自然運動數學模型。本課題研究具有如下創新方面：（1）提出無關節外骨骼裝置上使用耦合運動方案；（2）將SMA彈簧作為執行元件套用在手部外骨骼上；（3）新提出一種液冷SMA彈簧執行器方案。
結題摘要
為解決現有手部外骨骼體積臃腫、移動性差、驅動機構複雜沉重等問題，本項目主要進行了以下研究內容： （1）建立了人手典型運動的數學描述。針對握拳、捏取、彎伸食指、拿寶特瓶四種動作，搭建角度測量實驗平台，構建相應的狀態空間，從而建立了這四種運動的數學描述。 （2）提出了線纜驅動的無關節手指外骨骼運動耦合方法。根據單個手指的運動規律，研究提出了一種無關節外骨骼運動耦合的計算方法和設計方法，並對原型機構進行力學方面的實驗評估。 （3）完成了無關節外骨骼運動和力學分析。對無關節手外骨骼的線纜驅動方法進行了分析和計算，得出了外骨骼裝置運動與兩條主驅動線纜長度變化之間的運動規律，給驅動算法的設計打下基礎。 （4）提出了一種基於記憶合金元件的混合驅動方案。該方案能夠在有效控制力量和位置輸出的同時，降低驅動器重量，提升了記憶合金的回響速度。研究了該方案的工作機理，設計了控制算法，編制了驅動程式，最終進行了實驗驗證。 （5）研究了兩種人手運動識別方法。一種是利用健康側手指的運動直接映射驅動外骨骼之裝置的方法，研究了運動採集原理並開發了原型裝置；另一種是利用sEMG信號的模式識別方法，來識別人手的四種典型運動。 （6）手外骨骼原型裝置的設計與開發。開發了兩套外骨骼實驗裝置：一套是有關節電動外骨骼裝置，另一種的無關節的外骨骼裝置，用於驗證運動耦合方法，並作為最終的驗證原型機。 （7）基於Matlab與Adams的手部外骨骼聯合仿真。驗證了基於sEMG信號進行動作識別用於控制手外骨骼運動的可行性。
