我们通过在轮子上的光加权外骨骼提出了一个用于低体积受损的用户的个人移动装置。在其核心上,一种新型的被动外骨骼提供姿势过渡,利用自然身体姿势,该姿势在静坐的静止和静坐(STS)过渡时,通过单个气体弹簧作为储能单元,通过支撑架上的躯干。我们通过双轮线系统提出膝盖和髋关节的方向依赖性耦合,从躯干运动转移到膝关节致动器处的力矩负载来平衡躯干运动。在这里,外骨骼最大化能量转移和用户运动的自然。我们介绍了一个体现的用户界面,用于通过躯干压力感测通过躯干压力感测,导致平均$ 19 ^ {\ rIC} \ PM 13 ^ {\ rIC} $上六个未受害的用户。我们评估了11月11日未受害的用户在过渡期间观察动作和肌肉活动的STS帮助的设计。结果比较辅助和无归档的STS转型验证了涉及的肌肉群体的显着减少(高达68美元\%$ 5,01.01 $)。此外,我们通过自然躯干倾斜运动来显示它是可行的$ + 12 ^ {\ riC} \ pm 6.5 ^ {\ circ} $和$ - 13.7 ^ {\ rIC} \ pm 6.1 ^ {\ riC} $ staity和分别坐着。被动灾害迁移援助保证进一步努力提高其适用性和扩大用户人口。
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外骨骼和矫形器是可穿戴移动系统,为用户提供机械益处。尽管在过去几十年中有重大改进,但该技术不会完全成熟,以便采用剧烈和非编程任务。为了适应这种功能不全,需要分析和改进该技术的不同方面。许多研究一直在努力解决外骨骼的某些方面,例如,机构设计,意向预测和控制方案。但是,大多数作品都专注于设计或应用的特定元素,而无需提供全面的审查框架。本研究旨在分析和调查为改进和广泛采用这项技术的贡献方面。为了解决此问题,在引入辅助设备和外骨骼后,将从物理人员 - 机器人接口(HRI)的角度来研究主要的设计标准。通过概述不同类别的已知辅助设备的几个例子,将进一步开发该研究。为了建立智能HRI策略并为用户提供直观的控制,将研究认知HRI。将审查这种策略的各种方法,并提出了意图预测的模型。该模型用于从单个电拍摄(EMG)通道输入的栅极相位。建模结果显示出低功耗辅助设备中单通道输入的潜在使用。此外,所提出的模型可以在具有复杂控制策略的设备中提供冗余。
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Automation in farming processes is a growing field of research in both academia and industries. A considerable amount of work has been put into this field to develop systems robust enough for farming. Terrace farming, in particular, provides a varying set of challenges, including robust stair climbing methods and stable navigation in unstructured terrains. We propose the design of a novel autonomous terrace farming robot, Aarohi, that can effectively climb steep terraces of considerable heights and execute several farming operations. The design optimisation strategy for the overall mechanical structure is elucidated. Further, the embedded and software architecture along with fail-safe strategies are presented for a working prototype. Algorithms for autonomous traversal over the terrace steps using the scissor lift mechanism and performing various farming operations have also been discussed. The adaptability of the design to specific operational requirements and modular farm tools allow Aarohi to be customised for a wide variety of use cases.
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中枢神经系统(CNS)利用预期(APA)和补偿性(CPA)的姿势调整以保持平衡。姿势调整包括质量中心的稳定性(COM)(COM)和身体的压力分布相互影响,如果存在他们俩缺乏表现。任何可预测的或突然的扰动都可能为COM与平衡和身体的均匀压力分布的分歧铺平道路。由于其不良的APA和CPA,并引起了它们的跌倒。神经系统患者跌倒风险的最小化方法正在利用基于扰动的康复,因为它有效地恢复了平衡障碍。根据发现的结果,我们的发现,我们的发现,我们的发现,我们的发现,我们的发现,我们的发现是有效的。介绍新型3 DOF平行操纵器的设计,实现和实验评估,以治疗M. M.的平衡障碍,机器人平台允许角运动脚踝基于其拟人化的自由。赋予上下平台的最终效应分别旨在评估每只脚的压力分布和身体的com。在机器人平台的高级控制中,用于调节任务的难度水平。在这项研究中,在模拟环境中得出并验证了机器人的运动学和动态分析。还通过PID控制器成功实现了对原型的低级控制。每个平台的容量都通过一组实验来评估,考虑评估最终效应器上的脚注和类似对象的压力分布和COM。实验结果表明,这样的系统井井有条,需要通过APA和CPA进行平衡技能培训和评估。
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为了在医疗和工业环境中广泛采用可穿戴机器人外骨骼,至关重要的是,它们可以适应性地支持大量运动。我们提出了一种新的人机界面,以同时在一系列“看不见的”步行条件和未用于建立控制界面的“看不见”步行条件和过渡期间同时驱动双侧踝部外骨骼。提出的方法使用人特异性的神经力学模型从测量的肌电图(EMG)和关节角度实时估算生物踝关节扭矩。基于干扰观察者的低级控制器将生物扭矩估计转换为外骨骼命令。我们称此“基于神经力学模型的控制”(NMBC)。 NMBC使六个人能够自愿控制六个步行条件下的双边踝部外骨骼,包括所有中间过渡,即两个步行速度,每个步行速度在三个地面高程中进行,不需要预先定义的扭矩轮廓,也不需要先验选择的神经肌肉肌肉反射规则,或国家机器在文献中很常见。在涉及月球漫步的灵活的运动任务上进行了一个单一的主题案例研究。 NMBC始终启用能够减少生物踝扭矩,以及与非辅助条件相比,在步行条件(24%扭矩; 14%EMG)之间以及步行条件(24%扭矩; 14%EMG)之间的八个踝部肌肉EMG。新型步行条件下的扭矩和EMG减少表明,外骨骼在操作员的神经肌肉系统控制的外观上进行了共生。这为系统地采用可穿戴机器人作为现场医疗和职业环境的一部分开辟了新的途径。
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基于手势的界面通常用于实现更自然和直观的机器人遥气操作。然而,有时候,手势控制需要对用户造成显着疲劳的姿势或运动。在先前的用户学习中,我们证明了NA \“IVE用户可以在其武器展开时控制具有躯干运动的固定翼无人机。然而,这种姿势诱导了重要的手臂疲劳。在这项工作中,我们展示了一款被动臂支撑这补偿了手臂重量,平均扭矩误差小于0.005n / kg,超过0.005n / kg的受试者使用的运动范围的97%以上,因此平均降低肩部的肌肉疲劳。此外,这臂支持旨在将5百分位数的身体尺寸的用户融入第99百分位的男性。使用机械模型描述了臂支架的性能分析,并且其实现是用机械表征和用户学习验证的测量飞行性能,肩部肌肉活动和用户验收。
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可穿戴机器人受到执行器表演的限制,因为它们必须承担自己的电力系统和能源的重量。本文探讨了利用混合模式通过使用液压阀动态重新配置静液压执行器的连接来利用混合模式以轻巧有效的系统来满足多个操作点的想法。分析的机会包括1)在高度齿轮电源或快速电源之间切换,2)动态连接能量蓄能器,3)使用锁定机制进行固定。基于膝盖外骨骼案例研究分析,结果表明,齿轮比之间的切换可以导致更轻,更有效的执行器。此外,结果表明,使用累加器提供预紧力的连续力具有巨大的质量潜力,但如果用作短瞬态的功率助推器,则不会显着降低质量。最后,如果工作周期频繁停止,使用锁定阀可以稍微降低电池质量。提出的多模式方案的操作原理用一氧化碳原型证明。
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通过提供超出人为局限性的环境,机器人是空间探索的关键仪器。跳跃机器人概念是有吸引力的谈判复杂地形的解决方案。然而,在克服的工程挑战中,能够持续运行的跳跃机器人概念,机械故障模式的减少是最基本的。本研究提出开发跳跃机器人,重点是减少机制维护的最小致动。我们介绍了Sarrus式连杆的合成,以限制系统在不使用典型的同步齿轮的情况下对系统进行三种翻译程度。我们将目前的研究界定到垂直固体跳跃,以评估基本主驱动轴的性能。实验室示威者有助于转移理论概念和方法。实验室示威者进行了63%的动能转换效率的跳跃,理论最大为73%。令人满意的运行开辟了朝向太空勘探跳跃机器人平台的发展的设计优化和方向跳跃能力。
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拍打翅膀是一种生物启发的方法,可在空中机器人中产生升力和推动,从而导致安静有效的运动。该技术的优点是安全性和可操作性,以及与环境,人类和动物的物理互动。但是,为了实现大量应用,这些机器人必须栖息和土地。尽管最近在栖息场上取得了进展,但直到今天,拍打翼车辆或鸟类动物仍无法停止在分支上的飞行。在本文中,我们提出了一种新颖的方法,该方法定义了一个可以可靠和自主将鸟鸟类降落在分支上的过程。该方法描述了拍打飞行控制器的联合操作,近距离校正系统和被动爪附件。飞行由三重俯仰高空控制器和集成的车身电子设备处理,允许以3 m/s的速度栖息。近距离校正系统,具有快速的光学分支传感可补偿着陆时的位置错位。这是通过被动双向爪设计可以补充的,可以锁定和固定2 nm的扭矩,在25毫秒内掌握,并且由于集成的肌腱致动而可以重新打开。栖息的方法补充了四步实验开发过程,该过程为成功的设计优化。我们用700 g的鸟杆验证了这种方法,并演示了在分支上拍打翼机器人的第一次自主栖息飞行,结果用第二个机器人复制。这项工作为在远程任务,观察,操纵和室外飞行中应用翼机器人的应用铺平了道路。
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可穿戴机器人技术的潜力是不可否认的。但是,量化其价值是困难的。已经开发出各种类型的外骨骼机器人,并对上肢康复进行了测试,但是,评估不是标准化的,特别是在儿科康复中。本文提出了一种方法论,对上肢外骨骼的定量评估,如测试台,将用于可复制的测试。我们确定了使用运动学建模和实验测量的运动范围(ROM)和联合扭矩(使用集成到Dyandixel执行器中的传感器)。所提出的测试台可以在旋钮求求(PS)任务期间提供精确的运动(ROM)和联合扭矩范围。在PS任务期间,用物理原型获得的运动范围大约为156.26±4.71 {\ DEG},而多体模型为约146.84 + -14.32 {\ deg}。结果表明,与模拟扭矩(0.2 + - 0.05nm)的平均范围相比,平均实验扭矩(0.28±0.06nm)的平均实验扭矩(0.28±0.06nm)的高度升高为40%,仅为3.4%模拟扭矩(0.29 nm)。对于实验测量,在会话之间的会话和优异(0.93)或优秀(0.93)或良好(0.81-0.86)之间,测试 - 保持可靠性优异(0.96-0.98)。最后,建议的方法提供了靠近PS任务期间必要的普通ROM的ROM。这些结果验证了测量的准确性并强调了所提出的方法的相关性。所提出的测试台可以成为评估外骨骼的参考标准。本研究还解决了一种方法论方面,即准确评估了联合扭矩,可用于诸如外骨骼中致动器的尺寸或人体中肌肉力的非侵入性评估的应用中的应用。
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在各种条件下行走期间关节阻抗的知识与临床决策以及机器人步态培训师,腿部假体,腿矫形器和可穿戴外骨骼的发展相关。虽然步行过程中的脚踝阻抗已经通过实验评估,但尚未识别步行期间的膝盖和髋关节阻抗。在这里,我们开发并评估了下肢扰动器,以识别跑步机行走期间髋关节,膝关节和踝关节阻抗。下肢扰动器(Loper)由致动器组成,致动器通过杆连接到大腿。 Loper允许将力扰动施加到自由悬挂的腿上,同时站立在对侧腿上,带宽高达39Hz。在以最小的阻抗模式下行走时,Loper和大腿之间的相互作用力低(<5N),并且对行走图案的效果小于正常行走期间的对象内变异性。使用摆动腿动力学的非线性多体动力学模型,在摆动阶段在速度为0.5米/秒的速度的九个受试者期间估计臀部,膝关节和踝关节阻抗。所识别的模型能够预测实验反应,因为分别占髋部,膝关节和踝部的平均方差为99%,96%和77%。对受试者刚度的平均分别在34-66nm / rad,0-3.5nm / rad,0-3.5nm / rad和2.5-24nm / rad的三个时间点之间变化,分别用于臀部,膝部和踝关节。阻尼分别在1.9-4.6 nms / rad,0.02-0.14 nms / rad和0.2-2.4 nms / rad的0.02-0.14 nms / rad供应到0.2-2.4nms / rad。发达的洛普勒对不受干扰的行走模式具有可忽略的影响,并且允许在摆动阶段识别臀部,膝关节和踝关节阻抗。
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虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人,但它们在他们可以执行的任务中受到限制,并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面,软机器鞋面超越了刚性机器人的能力,例如与工作环境,自由度,自由度,制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳(释放)作为一种特定类型的软气动致动器的行为,可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动,并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外,采用有限元分析方法,包括释放的固有非线性材料特性,精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间,这基本上是软机械臂的构建块。
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本文提出了一种移动超级机器人方法,可在人类机器人结合的行动中进行身体援助。该研究从对超人概念的描述开始。这个想法是开发和利用可以遵循人类机器人操作命令的移动协作系统,通过三个主要组件执行工业任务:i)物理界面,ii)人类机器人互动控制器和iii)超级机器人身体。接下来,我们从理论和硬件的角度介绍了框架内的两个可能的实现。第一个系统称为MOCA-MAN,由冗余的扭矩控制机器人组和Omni方向移动平台组成。第二个称为Kairos-Man,由高付费6多速速度控制机器人组和Omni方向移动平台形成。该系统共享相同的接收界面,通过该接口将用户扳手转换为Loco-andipulation命令,该命令由每个系统的全身控制器生成。此外,提出了一个具有多个和跨性别主题的彻底用户研究,以揭示这两个系统在努力和灵活的任务中的定量性能。此外,我们提供了NASA-TLX问卷的定性结果,以证明超级人物的潜力及其从用户的观点中的可接受性。
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大多数Quadrupss开发的高度驱动,因此他们的控制是非常繁琐的。它们需要先进的电子设备连续解决复杂的逆运动型方程。此外,随着传统距离传感器通常由于机器人的运动而导致的连续扰动通常发生故障,它们要求特殊和昂贵的传感器自动导航环境。另一个挑战是在步行时保持机器人的连续动态稳定性,这需要复杂和最先进的控制算法。本文介绍了我们内部棱镜联合电池的硬件设计和控制架构的彻底描述,称为Prisma。我们的目标是伪造强大而温制性的稳定的四足机器人,可以使用基本控制算法并利用传统传感器来导航未知环境。我们讨论了机器人在其运动,不同脚轨迹,可制造性和控制方面的益处和限制。
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跳跃可能是克服小地形差距或障碍的有效运动方法。在本文中,我们提出了两种不同的方法,可以用类人形机器人进行跳跃。具体而言,从预定义的COM轨迹开始,我们开发了速度控制器的理论和基于优化技术评估关节输入的优化技术的扭矩控制器。在模拟和类人形机器人ICUB中,对控制器进行了测试。在模拟中,机器人能够使用两个控制器跳跃,而实际系统仅使用速度控制器跳跃。结果突出了控制质心动量的重要性,他们表明联合性能,即腿部和躯干关节的最大功率,以及低水平的控制性能是至关重要的,以实现可接受的结果。
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从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力,而且在平衡恢复物质不可行时,也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人,例如人形机器人和辅助机器人设备,可帮助人类行走,设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务,因为它涉及用触点产生高维,非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面,但诸如广泛领域知识的要求,诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中,为了解决这些问题,我们开发基于学习的算法,能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策:人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示:1)学习人形机器人的安全下降和预防策略,2)使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标,我们介绍了一套深度加强学习(DRL)算法,以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。
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脑出血(ICH)是最致命的中风子类型,死亡率高达52%。由于颅骨切开术引起的潜在皮质破坏,保守管理(注意等待)历史上一直是一种常见的治疗方法。最小的侵入性疏散最近已成为一种可公认的治疗方法,用于体积30-50 mL的深座性血肿的患者,但适当的可视化和工具敏感性仍然受到常规内窥镜方法的限制,尤其是较大的血肿体积(> 50 mL)。在本文中,我们描述了Aspihre的发展(脑部出血机器人疏散的手术平台),这是有史以来的第一个同心管机器人,该机器人使用现成的塑料管来进行MR引导ICH撤离,改善工具敏感性和程序可视化。机器人运动学模型是基于基于校准的方法和试管力学建模开发的,使模型可以考虑可变曲率和扭转偏转。使用可变增益PID算法控制旋转精度为0.317 +/- 0.3度。硬件和理论模型在一系列系统的基准和MRI实验中进行了验证,导致1.39 +\ -0.54 mm的管尖的位置精度。验证靶向准确性后,在MR引导的幻影凝块疏散实验中测试了机器人的疏散功效。该机器人能够在5分钟内撤离最初38.36 mL的凝块,使残留血肿为8.14 mL,远低于15 mL指南,表明良好的后疏散临床结果。
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结肠镜检查被认为是下层胃肠道(GI)癌症筛查的黄金标准,考虑到降低推荐的筛查年龄,全世界的筛查计划。尽管如此,由于结肠镜和结肠壁之间发生的力,常规结肠镜检查可能会给患者带来不适。已经提出了机器人解决方案,以减少不适感,并提高可访问性和图像质量。为了解决传统和机器人结肠镜检查的局限性,在本文中,我们介绍了软屏幕系统,这是一种基于Eversion导航的新型软性形状胶囊机器人,用于内窥镜检查。多个轨道围绕着系统的身体。这些轨道是由单个电动机搭配蠕虫齿轮和内部刚性底盘的Evert驱动的,从而使基于完整的轨道导航。两个可充气的环形腔室封闭了这个刚性底盘并穿过轨道,使它们在膨胀时取代。该位移可用于调节与周围壁的接触,从而实现牵引力控制并调整整体直径以匹配本地管腔尺寸。在这项工作中介绍了第一个束缚原型在2:1尺度下的系带原型的设计。实验结果显示了不同管腔直径和曲率的有效导航能力,为能够强大导航和可靠控制成像的新型机器人铺平了道路,并具有超出结肠镜检查的应用,包括胃镜检查和胶囊内窥镜检查。
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全渠道的人类授权移动操纵器是一个实验平台,用于测试自动和人为多动物移动操作的控制体系结构。全渠道由mecanum-wheel全向移动基础和系列弹性三角型平行操纵器组成,它是一类更广泛的移动协作机器人(“ mocobots”)的特定实现,灵活和明确的有效载荷。 Mocobot的关键特征包括被动依从性,为人类的安全和有效载荷的安全性以及高保真的最终效应力控制,而与移动基础的潜在不精确运动无关。我们描述了Mocobots团队设计的一般考虑;根据这些考虑因素的设计;操纵器和移动基础控制器,以实现有用的多机器人协作行为;以及对大型,笨拙的有效载荷的人类多机协作移动操作进行的最初实验。对于这些实验,通过有效载荷,人类和全网络之间的唯一沟通是机械的。
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在过去的十年中,自动驾驶航空运输车辆引起了重大兴趣。这是通过空中操纵器和新颖的握手的技术进步来实现这一目标的。此外,改进的控制方案和车辆动力学能够更好地对有效载荷进行建模和改进的感知算法,以检测无人机(UAV)环境中的关键特征。在这项调查中,对自动空中递送车辆的技术进步和开放研究问题进行了系统的审查。首先,详细讨论了各种类型的操纵器和握手,以及动态建模和控制方法。然后,讨论了降落在静态和动态平台上的。随后,诸如天气状况,州估计和避免碰撞之类的风险以确保安全过境。最后,调查了交付的UAV路由,该路由将主题分为两个领域:无人机操作和无人机合作操作。
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