Since wearable linkage mechanisms could control the moment transmission from actuator(s) to wearers, they can help ensure that even low-cost wearable systems provide advanced functionality tailored to users' needs. For example, if a hip mechanism transforms an input torque into a spatially-varying moment, a wearer can get effective assistance both in the sagittal and frontal planes during walking, even with an affordable single-actuator system. However, due to the combinatorial nature of the linkage mechanism design space, the topologies of such nonlinear-moment-generating mechanisms are challenging to determine, even with significant computational resources and numerical data. Furthermore, on-premise production development and interactive design are nearly impossible in conventional synthesis approaches. Here, we propose an innovative autonomous computational approach for synthesizing such wearable robot mechanisms, eliminating the need for exhaustive searches or numerous data sets. Our method transforms the synthesis problem into a gradient-based optimization problem with sophisticated objective and constraint functions while ensuring the desired degree of freedom, range of motion, and force transmission characteristics. To generate arbitrary mechanism topologies and dimensions, we employed a unified ground model. By applying the proposed method for the design of hip joint mechanisms, the topologies and dimensions of non-series-type hip joint mechanisms were obtained. Biomechanical simulations validated its multi-moment assistance capability, and its wearability was verified via prototype fabrication. The proposed design strategy can open a new way to design various wearable robot mechanisms, such as shoulders, knees, and ankles.


翻译:由于穿戴式连杆机构能够控制从执行器到穿戴者的力矩传递,它们有助于确保即使低成本穿戴式系统也能提供针对用户需求的高级功能。例如,如果髋关节机构将输入扭矩转换为空间变化的力矩,穿戴者即使在仅使用经济实惠的单执行器系统时,也能在行走过程中获得矢状面和额状面上的有效辅助。然而,由于连杆机构设计空间的组合特性,即使拥有大量计算资源和数值数据,这类产生非线性力矩的机构拓扑结构也难以确定。此外,传统合成方法几乎无法实现现场生产开发和交互式设计。本文提出了一种创新的自主计算方法,用于合成此类穿戴式机器人机构,无需穷举搜索或大量数据集。该方法将合成问题转化为基于梯度的优化问题,具备复杂的目标函数和约束函数,同时确保满足所需的自由度、运动范围和力传递特性。为生成任意机构拓扑结构和尺寸,我们采用了统一的地面模型。通过将该方法应用于髋关节机构设计,获得了非串联类型髋关节机构的拓扑结构和尺寸。生物力学仿真验证了其多力矩辅助能力,并通过原型制作验证了其可穿戴性。所提出的设计策略有望为设计肩关节、膝关节、踝关节等多种穿戴式机器人机构开辟新途径。

0
下载
关闭预览

相关内容

可穿戴设备即直接穿在身上,或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备,更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能,可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员