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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
技術成果推介：多模式彈性驅動器技術
時間：2020/8/5 14:35:04 瀏覽次數：2646
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多模式彈性驅動器技術
一、項目概況
該項目屬于仿生驅動器、外骨骼機器人領域。主要研究基于生物肌肉運行機制的多模式彈性驅動器的一些前沿問題，主要研究內容如下：
1．通過構建人體下肢骨骼系統的動力學模型，研究人體下肢肌肉骨骼系統在不同運動模式下的運動響應特征；利用由表及里的研究方式，在人體下肢關鍵點設置標記點，對人體運動進行檢測，獲得標記點的空間坐標信息及足底力信息，進而獲得下肢關節力矩與關節角度變化關系，得到關節運動過程中的變剛度特征；進行生物肌肉協調控制機理分析，為仿生驅動器的機構設計及控制提供理論基礎。
2．進行多模式彈性驅動器的變剛度機理分析，研究不同運動模式下的剛度需求變化特征；進行驅動器變剛度實現方法研究，本項目在串聯彈性驅動器的基礎上引入了剎車模塊，利用剎車模塊的開合，實現驅動器的剛性驅動、串聯彈性驅動、僅有彈性元件的被動驅動等多模式驅動；進行驅動器的控制策略研究，根據仿生驅動器在行走周期內的不同階段需求，進行基于狀態機的控制研究。基于骨骼肌運動機理研究的多模式彈性驅動器的研究，為仿生驅動技術提供了共同的研究框架及研究方法。
3．把多模式彈性驅動器應用于膝關節外骨骼機器人中；研究最優布置的驅動系統，為驅動器提供有效的動力傳遞路徑；構建下肢外骨骼剛柔耦合動力學模型，研究人機系統自適應控制方法；進行使用者穿戴實驗研究，建立下肢外骨骼系統舒適助力的評價方法 。
二、科技創新
1．本項目通過對骨骼肌的基本結構組成研究，分別從宏觀、介觀及微觀上深入分析骨骼肌內部結構，對骨骼肌中分子馬達的集體運動特性及集體運行機制研究，探索從微觀到宏觀構建骨骼肌收縮力學模型方法；針對典型人體運動，開展生物力學計算，研究骨骼肌的響應特性，獲得不同運動模式下，人體下肢外骨骼關節生物力學數據，為仿生驅動器的設計提供基礎理論。
2．本項目基于肌肉的仿生特征進行變剛度驅動器的研究，分析變剛度策略，設計多模式運動的仿生驅動器；進行仿生驅動器的動力學模型研究及驅動器的輸出特性研究，研究不同參數的彈性元件對驅動器能量放大特性研究，并給出驅動器的性能評價指標。仿生驅動器的研究為仿生技術提供了一種通過揭示隱藏在生物肌肉表面下的運動機理，并且運用及轉化這些機理來發展仿生驅動的方法。
3、本項目進行了基于多模式彈性驅動器的外骨骼機器人研究，研究人機匹配技術，設計擬人化外骨骼機構；對下肢外骨骼中的智能感知系統進行研究，并研究多傳感器的信息融合技術及運動模式的識別技術；進行下肢外骨骼機器人的智能控制研究，構建系統動力學模型，模仿生物神經網絡研究自適應能力的運動控制策略，進行下肢外骨骼樣機的運動響應實驗，建立下肢外骨骼的機器人的運動跟隨及助力效果評價方法。
三、技術成果
圍繞著本項目10篇論文發表在中國科學E輯，Robotica，Acta of bioengineering and biomechanics，機械工程學報，自動化學報，機器人等權威學術期刊上，文章被Journal of Biomechanics，Robotica，機器人等期刊引用，圍繞著本項目，授權發明專利4項。
完成單位：南京工程學院、南京航空航天大學
完 成 人：韓亞麗、朱松青、賈 山、郝 飛、高海濤、關鴻耀、楊 柳
