步行控制（精选10篇）
步行控制 篇1
引言
随着现代工业的发展, 机器人技术已受到各国、各行业的广泛关注。机器人是自动执行工作的机器装置, 它既可以接受人类指挥, 又可以运行预先编排的程序, 也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作, 例如生产业、建筑业, 或是危险的工作。
1 机器人的结构设计运动仿真
仿造人体结构, 考虑舵机的形状与大小, 设计了该拟人机器人, 该机器人现有19个自由度, 高约35 cm, 材料拟采用硬铝。该机器人可以模仿出大部分人体可以做到的动作, 如前进、后退等动作[1]。机器人总体造型如图1所示。
机器人关节的核心就是电机。拟人步行机器人所选的电机为舵机, 是一种位置 (角度) 伺服的驱动器, 该电机的输出端可以等同于一个悬臂梁结构, 在运动时将产生预料不到的偏差, 从而导致实际的运动与设想和仿真的结果相差甚远。因此在另一端既左端加上一根“输出轴”, 由于受电机内部结构限制, 因此, 该“轴”不能和右端一样输出动力, 但这样就避免了悬臂梁的危害, 在定位的时候可以更精确, 转动时更平稳, 当机器人运动起来的时候也不会造成太大的形状和定位偏差。
根据简单的Pro/E模拟不难发现, 机器人的重心即质心位于两腿之间相当于人体腰附近的地方。当双脚站立时质心正好落入双足所组成的支撑平面内。在单脚站立时, 假设以左脚在支撑面, 要将质心移到左脚面正上方, 就必须将侧向控制电机下向左转, 而侧向控制电机上向右以抵消上身向右摆的趋势。在单脚站立向前或向后时, 正反向控制电机下主要提供前进的动力, 正反向控制电机中主要控制脚面的抬起落下, 防止抬起脚在行进中受到地方的干涉, 正反向控制电机上主要保证上身在前进方向上的平衡。
由于只进行步行分析, 在PRO/E模型中将机器人上半身头部和上肢去掉仅保留躯干以简化结构。将修改后的机械模型导入到ADAMS中, 对模型进行了约束和载荷的定义[2]。仿真模型施加完约束后, 在各个关节施加驱动力矩, 并根据机器人的运动学与逆运动学, 对机器人的各个关节的转角做出规划, 在ADAMS中用STEP函数实现, 通过不同时间各个关节不同转动的组合, 规划仿真出了机器人前进、后退及左右横向的步态。由于前进、后退的规划类似, 本文只对水平前行和左右横向步行做分析, 步态分别如图2, 图3所示。
在步态方面, 仿真结果表明:无论水平步行还是横向步行, 机器人都能实现了单腿支撑、抬腿、迈步、切换支撑脚、抬起另一条腿……最终实现直立、平稳步行, 与预期的步态完全一致, 而且在运动过程中各个部分无干涉, 符合要求。仿真的成功证明了步态规划的正确和合理。
2 结语
本文以类人形双足步行机器人为研究对象, 采用仿人结构, 全身共有19个自由度, 具备相当高的平衡能力, 双手双足容易控制, 能够做出各种模仿人类的动作, 如打太极拳, 跳舞等。通过对其动态特性和控制技术的研究, 为类人形双足步行机器人技术的发展提供技术支撑。
参考文献
[1]费燕琼, 赵锡芳, 徐卫良.机器人模块化的结构设计研究[J].机器人, 1999 (3) :64-69.
[2]付成龙.平面双足机器人的截面映射稳定性判据与应用[D].北京:清华大学, 2006.
发现步行之美 篇2
这不是我在矫情，而是因为步行确实很美，她至少有五大美丽。
一是安步当车，优哉游哉。人类从猿到人经过一百多万年的进化，其身体结构就是为步行设计的，直立行走是猿进化到人的革命性标志。一双腿脚就是人类最实惠最便捷的私家车，只要迈动双腿，两脚踏地，就可以在地球上安步当车，闲庭信步，既可昂首阔步行大道，又可逶迤蜿蜒穿胡同；既可玉足纤纤蹑细步，又可大脚猎猎扬飞尘；既可登上珠峰观日月，又可潜人海底探神奇：既可移步林中觅鲜果，又可徜徉花径寻情致……咳!这部“车”就这么简单方便、就这么自由舒畅、就这么美丽雅致!就是这部“车”，当年的红军亲切地称其为“量天尺”，从江西一直量到陕北，一量就是两万五千里，量出了一个人类挑战生存极限的奇迹和壮举，红军领袖毛泽东却把这一奇迹和壮举诗化为：万水千山只等闲!这是何等的潇洒美丽!对于热爱步行的人来说，当汽车——这一工业文明的产儿在都市里横七竖八地堵成一团、挤挤挨挨、互不相让、叽哩哇啦、欲行不能时，我们这部私家车却可以轻舒双“轮”，从这些文明的缝隙间游刃有余地悠然穿过，轻盈舒缓，就像丁冬泉水在山石中流淌，岂不美哉!
二是浏览市容，欣赏美景。城市是人类改造自然的杰作之一，是一个美的宝库。“这个世界并不缺少美，缺少的是发现美的眼睛和心灵”。步行可以培育我们发现美的眼睛和心灵。早晨，与太阳公公一起起床，步行到公园晨练，金水河边随处飘动着运动的旋律——抻胳膊蹬腿、扭腰跳跃、踢毽子跳绳、吊嗓子练声，还有赶早的生意人那悠扬的早卖吆喝……这些景象就像是一曲曲生动的生命之歌、生活之歌，寄托着人们对生命和美好生活的无限期望。步行路上，满眼的车流、人流，秩序井然地流向各自的目的地；路旁的大小店铺纷纷开门、洒扫庭除；就连那些高低错落、风格各异的建筑楼宇也像焕发了灵性，一脸凝重地争相诉说各自的故事、展示自己的个性魅力……这些生动的景象以不同的方式演绎着城市的繁荣、优越和美丽。就这样，在我们日复一日的步行中，眼睛欣赏着美、思想发现着美、心中流动着美，这些美一直流人血液，流遍全身，变成了我们的审美基因，使我们气质如华、光彩美丽!这还不美吗?
三是愉悦身心，益寿养颜。“阳光、空气、水和运动是生命和健康的源泉”——这是医学之父希波克拉底在2400多年前说的一句大实话，他把运动对于生命和健康的关系看得与阳光、空气和水一样重要。生命在于运动，而步行是世界上最好的运动，公元前6世纪，古希腊人就在埃多斯山崖上镌刻下脍炙人口的名言“如果你想强壮，快快走路吧!如果你想健美，快快走路吧!如果你想聪明，快快走路吧!”。为什么呢?就是因为步行具有愉悦身心，益寿养颜的神奇功效。洪昭光教授说：“步行坚持一年以上，动脉硬化包块可以自行消除；坚持步行锻炼还可以降血压、降胆固醇、增强心搏输出量、调整代谢、防治糖尿病、防止冠心病”，这是医学专家的忠告。我对步行的保健功效也有着生动的切身体验，在安步当车、欣赏美景的同时，筋骨舒松、血流畅通、周身轻巧、心灵宁静，虽然只有3个多月的步行经历，皮肤却变得光滑有弹性，精神勃勃，整个人显得精神焕发；在都市的林荫大道健步如飞；在花草葱郁的公园休闲漫步；在雪花飘飘的郊外踏雪寻梅。我们不过是按照造物主赋予人类原本就是用来走路的腿脚走路而已，日久天长，居然身健心悦、寿长颜润，这难道不是十分美丽的事情吗?
四是反省自我，净化心灵。人贵有自知之明，自知之明从何来?来自冷静的自我反省；何谓自我反省?就是对自己的言行进行省察和检讨。子曰：“吾日三省吾身”，这是圣人做人的方法。对于把“时间就是金钱，效率就是生命”奉为生活圭臬的现代人言，且不说日三省己身，只要能在每天的步行中省察自身，就会受益无穷。恰如平静的湖面可以映出清晰的倒影一样，步行时的心灵静如止水明如镜，这种平静心境最适合自我反省，最能真实映现自身每天的言行。这时的步行已经超越了自身的意义，升华为愉快的心灵旅行、圣洁的心灵洗礼、高雅的心灵审美，使我们真切地从内心体味到一步行真美!
五是阅读社会，增长阅历。作为一个社会人和国家公民，不能囿于“自我奋斗”的狭隘生活，应该认识到，人生在世除了“自我”之外，还有一部“社会书”要读，还应该多点社会责任，这样才会使我们的人生更完美。而步行是阅读“社会书”的好方式。从这个意义上讲，步行又具有了一种深厚的社会审美意义，这也是一种美丽，一种厚重的美丽!
以上只是步行之美中的一小部分，除此之外还有很多，比如释放压力，愉悦心情；缓解紧张，调整情绪；活跃思维，启发灵感，等等。总而言之，统而言之，两句话——
千道理，万道理，步行才是硬道理，这美丽，那美丽，安步当车最美丽。祝愿大家都喜欢步行，都能从步行中受益。
步行控制 篇3
减重步行训练(body weight supported training,BWST),是针对脊椎损伤患者进行康复治疗的重要手段之一,已经得到国际康复医学界的普遍认同。在卸去患者自重并保持其自身平衡的前提下,通过人工或者自动化设备,模拟正常人的步态轨迹进行步行训练,以此来帮助患者恢复步行能力[1,2,3,4,5,6]。自20世纪90年代初以来,国内外多家机构已研发了一系列的用于减重步行训练的康复训练机器人。瑞士HOCOMA公司的Lokomat是外骨骼式步行康复机器人的典型代表,采用外骨骼式矫形器带动患者在跑步机上进行训练,目前已成功地应用于临床。由于Lokomat的实际售价过高,国内患者很难承担起费用,为此开发具有独立知识产权的步行训练机器人具有深远的意义。
本研究设计的步行康复训练机器人主要包括减重支撑系统、跑步机、外骨骼助行腿和控制系统。其中减重支撑系统(body weight support system,BWSS),跑步机和外骨骼助行腿是步行康复训练机器人最重要的3部分,它们相辅相成,缺一不可。三者之间的协调控制,尤其重要,如果协调不好,将会导致不能对患者进行减重步行训练。本研究主要对三者之间的协调控制进行研究,再通过实验进行验证。
1 步行康复训练机器人
步行康复训练机器人实验装置如图1所示[7]。下面将对减重支撑系统、外骨骼助行腿和跑步机进行简单介绍。
1.1 外骨骼助行腿
外骨骼助行腿是一种用于帮助患者进行康复训练的下肢步态矫形器,它是步行康复训练系统的核心部分。外骨骼助行腿是双腿对称的助行机构,每条腿有3个自由度,髋、膝、踝关节各有1个自由度,分别由独立的带滚珠丝杆和减速齿轮的驱动机构驱动,可以实现矢平面上关节的弯曲和伸展运动。每个关节处均装有角度传感器,用于检测关节转动角度。助行腿固定在调节架后的平行四边形机构上,该机构可实现助行腿在矢平面内近似的上下运动,从而在康复训练过程中保证外骨骼助行腿在竖直方向上随患者的重心上下运动。为了满足不同身高的患者,助行腿的大小腿长度均可调。系统工作时,患者双腿通过卡环和绷带固定在助行腿上,脚底踩在跑步机上,患者通过减重支撑系统减掉一部分自重,6个交流伺服电机按照给定的步态轨迹驱动助行腿运动,以实现患者按正常的人体步态在跑步机上进行康复训练。
1.2 减重支撑系统
减重支撑系统主要由支架、减重机构、支撑平衡机构和控制系统4部分组成。其中支架选用铝型材材料来减少设计量和加工量,支架整体结构下端与跑步机固接,上端与执行机构固接,保证工作时各机构的相对位置不发生相对运动。在跑步机后端有一扇门框,门框上需安装支撑平衡机构,并且门框能开启、闭合,以方便患者进出。
减重机构由驱动机构、滑轮系统、钢丝绳和绞盘组成。驱动机构在驱动方式上采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠的形式实现进给。选用2个定滑轮和1个动滑轮构成滑轮系统。通过滑轮系统可以改变电机驱动力与减重力的布置方向。绞盘在进行康复训练时可以将患者从轮椅上吊起,同时也可以粗略地设定减重控制系统的初始减重力。
支撑平衡机构主要由调节架、平行四边形机构和气弹簧组成。调节架可以根据不同患者的身材、体形,通过摇柄手动调节高度和宽度。平行四边形机构和气弹簧可实现助行腿在矢平面内做近似的上下运动,从而在康复训练过程中使助行腿在竖直方向随患者的重心上下运动。支撑平衡机构还保证了患者在行走时重心上下运动时不受限制。
控制系统由硬件与控制程序构成,最终控制系统是通过交流伺服电机来实现对患者的减重。
1.3 跑步机
跑步机是步行康复训练机器人的重要组成部分,它的主要作用:支撑患者部分体重;与外骨骼助行腿协调随动,以实现患者的原地步态康复训练。跑步机与控制系统的信息通信通过串口来实现。
2 协调控制
经分析,步行康复训练机器人的协调控制主要是减重支撑系统、跑步机和外骨骼助行腿之间的协调控制。如果三者之间的协调控制处理不好,将会导致步行康复训练机器人系统无法正常对病人进行康复训练。
2.1 外骨骼助行腿与跑步机的协调控制
步行训练过程中,由于患者的支撑腿与跑步机相互接触并存在耦合运动,可能使步行训练出现故障甚至导致患者损伤。因此,助行腿与跑步机必须协调好。助行腿与跑步机的协调控制主要解决两个问题:①外骨骼助行腿步态循环初始位置的确定;②外骨骼助行腿与跑步机速度匹配问题。
为了使助行腿的初始位置不与跑步机干涉,本研究通过实验对助行腿步态进行重新规划,初始位置采用外骨骼助行腿左腿支撑,右腿屈膝,如图2所示。采用如图所示的外骨骼助行腿初始位置后,当外骨骼助行腿进行步态循环时,两者之间将不会产生干涉。
外骨骼助行腿步态循环的初始位置确定好了以后,助行腿与跑步机协调控制的第一个问题也就解决了。而助行腿与跑步机的速度匹配是助行腿与跑步机协调控制的最重要的一方面,两者匹配不好将会导致助行腿不能在跑步机上进行步行训练。
为了研究外骨骼助行腿与跑步机速度匹配问题,笔者建立了人机系统与跑步机运动模型,如图3所示[8]。
图3中,φh,φk,φa分别是助行腿髋、膝和踝关节的理想的运动轨迹,设为基于时间的函数。大腿、小腿和踝关节到脚底的长度各自为lh,lk,la。由图3中的人-机系统几何关系可得到患者的脚底水平位移表达式:
x[φh(t),φk(t),φa(t)]=
lhsin [φh(t)]+lksin [φh(t)+φk(t)]+
lasin [φh(t)+φk(t)+φa(t)] (1)
对式(1)求导,则可以求出理想患者脚的速度vf:
当脚和跑步机接触时,跑步机的跑步带带动脚一起运动,脚底在跑步机上接触点的位移为x(t)。假定跑步机的跑步带匀速运转,速度为vTM,则:
式中 t0—脚跟开始接触跑步机的时间;x0—脚跟接触跑步机时脚的初始位置。
在运动过程中,若式(2)和式(3)计算的位移无误差,表明vf=vTM,脚和跑步机之间在接触点产生的力刚好维持两者的同步运动。若计算的位移存在误差,则vf≠vTM,脚和跑步机之间在接触点产生的力与脚的水平位移误差成比例。其位移误差可用速度之间的差值的积分表示:
式中 e0—初始位置,e0=x(φ(t0))-x(t0)。
若式(4)求得的这个位移误差太大,将导致支撑脚和跑步机之间在接触点产生的相应耦合力过大,可能造成负作用伤害患者。因此,基于安全角度考虑,需要首先研究助行腿步行速度去适应跑步机速度,再考虑人机系统与跑步机之间的速度匹配。
在本研究中,首先利用上述理论分析计算助行腿的脚的运动速度;然后使用运动捕捉仪测量助行腿脚的运动轨迹,并求其速度。通过分析比较,本研究选用运动捕捉仪测量的数据,其更能接近助行腿支撑脚的运动速度。将跑步机的速度手动调整至与助行腿脚的运动速度匹配,进行助行腿与跑步机的同步调试实验。实验结果表明,助行腿步态周期为5 s、4 s、3 s、2 s,跑步机对应速度为0.7 km/h、 0.9 km/h、1.1 km/h、 1.4 km/h时,式(4)所示的位移误差最小,说明跑步机与助行腿之间的匹配性最好。
在步行康复训练机器人系统平台测试初期,采用目前这种半自动调试的方法是可取的,但该方法影响到步行康复训练机器人系统的自动化程度,不能满足实际应用要求。所以,笔者在以后的研究中,需根据训练要求在线调整两者速度的匹配,关键技术涉及在线改变助行腿步态轨迹和跑步机的运动速度如何跟随助行腿速度而变化。这部分内容将会在今后的工作中进一步深入研究。
2.2 减重支撑系统与外骨骼助行腿的协调控制
减重步行康复训练时,由于患者下肢无法承载自身的重量难以保持自身的平衡,所以在训练过程中,必须利用减重支撑系统为患者卸载自重,并帮助其保持平衡。因此外骨骼助行腿和减重支撑系统必需实现好协调控制。两者协调不好,将会导致减重系统不能对患者减重,同时患者不能按照正常步态进行康复训练。因为步行训练时,助行腿按照固定步态进行运动,所以患者的重心轨迹也是固定的。两者在进行协调控制时,可以将外骨骼助行腿的步态轨迹和患者重心运动轨迹折算后的减重机构运动轨迹都分成50个数据点。只要助行腿步态轨迹和减重机构运动轨迹的每一个数据点都一一对应,这样减重机构就可以实时跟随患者重心运动,实现主动减重,同时患者可以按照正常给定步态进行训练,两者也能达到很好地协调控制。协调控制通过控制程序来实现,其程序流程图如图4所示。
图4中的减重步行训练为外骨骼助行腿和减重机构各自按照预先设置的运动轨迹进行轨迹循环。减重步行训练中外骨骼助行腿的步态轨迹由NI 7356运动控制卡产生,减重机构的运动轨迹由NI 6251数据采集卡产生。减重机构与外骨骼助行腿运动轨迹循环周期相同,但经过实验验证,当循环周期为5 s时,运动控制卡实际循环周期为5.7 s,而数据采集卡的实际循环周期为5.2 s。由此可知两张卡定时器存在一定的差异,这样就很难保证外骨骼助行腿步态运动轨迹的50个数据点与减重机构运动轨迹的50个数据点一一对应,因而两者很难协调好。可以通过对减重机构的运动轨迹进行位置补偿,弥补卡定时器的差异,以更好的跟随患者重心运动,很好地实现协调控制。
3 实 验
为了验证减重支撑系统 、跑步机和外骨骼助行腿三者之间的协调控制效果,本研究用假人代替患者在跑步机上进行了实验验证。搭建的实验平台如图5所示。
图5中,假人穿戴好吊带服,由操作人员通过绞盘设置好初始减重力,然后再将外骨骼助行腿穿戴在假人双腿上。运行实验程序,使假人在步行速度为0.8 km/h下按照给定的步态轨迹在跑步机上进行减重步行训练。实验过程中,通过NDI仪器(位置传感器)实时测量外骨骼助行腿髋关节、膝关节和踝关节的3个角度;通过力传感器测量减重力的变化。通过NDI仪器采集的外骨骼助行腿的3个关节角度曲线如图6所示,减重20 kg时,实际减重力的值如图7所示。
图6中的目标曲线为3个关节的给定角度轨迹曲线。从3个关节的采集曲线可以看出,外骨骼助行腿基本上没有受到跑步机的干涉,而是按照给定的步态运动轨迹进行步态循环。从图7中的减重曲线可以得知,虽然减重力有一定的相对波动,但减重支撑系统已基本上可以达到对患者的减重需要[9,10]。图6和图7说明外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统三者之间得到了很好的协调控制。
4 结束语
本研究提出的步行康复训练机器人的协调控制方法得到了实验验证。实验结果表明,此控制方法可以实现步行康复训练机器人的协调控制性能指标,并为以后的研究提供了重要参考依据。
在下一阶段,本研究将通过真人减重步行训练实验来进一步验证步行康复训练机器人的协调控制方法。由于真人减重步行训练与假人减重步行训练有较大的差异,因此在今后的研究中,需要进一步改进该协调控制方法,减少实验误差,以实现对患者较好的康复训练。
参考文献
[1]HESSE S,KONRAD M,UHLENBROCK D.Treadmillwalking with partial body weight support venus floor walkingin himiparetie subjects[J].Arch.Phys.Med.Rehabil.,1999,80(4):421-427.
[2]OU M,XIUMIN D,LUCAS M,et al.Dynamically remo-ving partial body mass using acceleration feedback for neuraltraining[C]//Proceeding of the 2007 IEEE10th Internation-al Conference.The Netherlands:Rehabilitation Robitics,2007:1102-1107.
[3]MARTIN F,GERY C,MARTINO V,et al.Anovel mecha-tronic body weight support system[J].Neural System andRehabilitation Engineering,2006,14(3):311-321.
[4]VISINTIN M,BARBEAU H,KORAER-BITENSKY N,etal.A new approach to retrain gait in stroke patients throughbody weight support and treadmill stimulation[J].Stroke,1998,29(6):1122-1128.
[5]COLBY S M,KIRKENDALL D T,BRUZGA R F.Electro-myographic analysis and energy expenditure of harness sup-ported treadmill walking:implications for knee rehabilitation[J].Gait Posture,1999,10(3):200-205.
[6]MACKAY-LYONS M,MAKRIDES L,SPETH S.Effect of15%body weight support on exercise capacity of adults with-out impairments[J].Physical Therapy,2001,81(11):1790-1800.
[7]杨辉,章亚男,沈林勇,等.下肢康复训练机器人减重支撑系统的研究[J].机电工程,2009,26(7):29-31.
[8]冯治国.步行康复训练助行腿机器人系统[D].上海:上海大学机电工程与自动化学院,2009:54-57.
[9]刘辉,时国平.回转窑窑衬清理机器人控制系统[J].轻工机械,2009(1):65-68.
皇帝下马步行地 篇4
西安是个四方城，有城必有巷，条条巷道东西相连，南北交错。在我看来，与中国书法中的“九宫格”有着异曲同工之妙。在西安和平门内西侧，有一条紧挨城墙的小巷叫顺城巷，因为它是古时守城骑兵上下城墙的通道，也有叫马道巷的，还有个俗称：“下马陵”——是因了汉代鸿儒董仲舒墓迁至于此的缘故。
此巷缘何叫下马陵？还得从陵墓的主人说起。墓主董仲舒是我国西汉有名的儒学大师。据说他自幼聪慧好学，饱读诗书，专治《春秋》。汉景帝时，董仲舒从家乡广川（今河北省枣强东）来到京城长安，成了朝廷的儒学博士。在这期间，他足不出户，潜心向学，有着“三年不窥园”之美谈。
及至汉武帝召试天下贤良之士，董仲舒以“天人三策”相对，并提出了“罢黜百家，独尊儒术”的主张，为汉武帝所采纳，首开中国以儒学为正统思想之先河。董仲舒去世后，汉武帝亲自为他选择安葬之地。出于对董仲舒的敬重，据说汉武帝每次经过他的陵园时，三十丈开外，便下马步行，文武百官自不在话下。从此以后，便形成了一条不成文的规矩：上至达官显贵，下至平民百姓，凡骑马乘轿者，经过董仲舒墓前，都要下来步行。这就是下马陵名称的由来。唐人韦述的《两京记》中对此也有记载：“汉武帝至墓前下马，故曰下马陵。”后来，下马陵也称作“蛤蟆陵”，这是与关中方言有关。现在关中一带仍把“下（xia）”念为“ha”音，“蛤蟆”与“下马”发音相谐，顺手拈来，与词义无关。下马陵原本不在现在西安和平门这个地方，我曾查阅过大量的史料，却发现无论下马陵，还是虾蟆陵，唐代以前的历史文献中均不见记载。唐代史籍诗赋虽一再提及，但从未表明其具体位置。
公元815年，唐代诗人白居易从长安被贬为九江郡司马。一个秋天的月夜，他在浔阳江边送客，遇到卖唱女子，听口音来自长安，感触良多，遂写下了那首流传千古的《琵琶行》，其中有两句诗“自言本是京城女，家在虾蟆陵下住。”从诗句中只能知道琵琶女家在下马陵，但究竟在何处，不得而知。唐代还有一位诗僧皎然，也有一首《长安少年行》，诗曰：“翠楼春酒虾蟆陵，长安少年皆共矜。”从中可知，下马陵那里曾经是个秦楼楚馆，声色犬马之地，至于地在何方，依然是个谜。
填补这一历史空白的是北宋著名历史学家宋敏求。这位龙图阁大学士当时任朝廷的史馆编修，在奉旨编修唐史的过程中，搜集了大量尚未佚失的唐代长安历史地理文献资料，积二十年之功著成《长安志》。据此书“常乐坊”条目下记载：“坊内街之东有大冢俗误以为董仲舒墓亦呼为虾蟆陵。”同书“万年县”条目下记载：“虾蟆陵在县南六里。”以上说法与《辞源》所载吻合。由此可以推断，下马陵古址在此无疑。宋元明清历代历史地理学家一致赞同此说。
直到明嘉靖二十一年（1542年），董仲舒墓址在时间上才成为一道明显的分水岭。程朱理学的泛滥，使得儒学大师董仲舒声名显赫，身价倍增，成了与孔子并列的“董子”，全国各地纷纷大建“董子祠”。在这种形势下，陕西巡抚王诩于明正德元年（1506年）在今西安交通大学的沙坡也建了一座董子祠。然而，到了明嘉靖二十一年（1542年），却发生了戏剧性的变化。这一年，兵部侍郎兼陕西巡按都御史赵廷锡将原唐长安常乐坊的董子祠移建于今下马陵东段路北，并在董子祠后为其造墓，有关下马陵的争论终于尘埃落定。
戊子清明节前夕，作为读书人的我，凭吊了心目中久仰的大儒董仲舒墓。与外面喧嚣的闹市相比，这里多了几分清静与孤寂。在墓地，我没有见到一个游人。也许，对于“争利于市”的现代都市人来说，此地是不屑一顾的，他们的心中充斥的是发财的欲望，供奉的是财神爷赵公明，哪里还能容得下一介寒儒？也许……真个是“下马陵前感慨深”，我的心情无比沉重了起来。
六足步行机器人控制系统研究 篇5
在高科技引领下的当代, 移动机器人技术的不断发展受到许多科学家的关注。移动机器人按运动形式可以分为两种:轮式机器人与足式机器人[1]。轮式机器人具有较高的移动速度, 实用性很强, 但是避障能力和复杂环境下行走性能不够。足式机器人移动速度较低, 但其能够在非结构未知环境下行走, 因此对于路面的要求较低, 可以以非接触的方式跨越障碍, 它具有多种步态行走、障碍跨越与运动灵活等优点, 是轮式机器人无法与之相比的[2,3]。六足机器人在足式机器人领域具有很好的发展潜力, 相比于两足和四足机器人, 它具有多关节的冗余机械结构与与超强的负载能力, 可以取代轮式机器人在一些复杂非结构环境下完成运输作业[4], 因此设计一个稳定性高、灵活性好、适应性强, 且能够实现多关节协调运动的六足机器人具有重要的应用价值。
六足机器人属于多自由度并联机器人范畴[5], 其控制系统是六足机器人运动的核心。本文由“六足纲”昆虫典型步态出发, 从仿生学角度分析机器人步态, 基于稳定性判据和稳定裕度分析机器人稳定性, 最后从六足机器人系统规模、自由度数量、传感信息的融合等角度设计以六足机器人递阶式任务分配方式和信息传输机制为基础的运动控制系统。
2 仿生步态研究
2.1 昆虫的典型步态
昆虫最常见的三种步态分别是二步态、三步态、六步态, 下面以蟑螂的步态为例, 对三种步态进行详细的分析。
昆虫的二步态行走是在保证高速爬行的前提下稳定性最好的行走方式。二步态将6条腿分为两组, 处于等边三角形上三个顶点的腿作为同一组。每一组腿的运动分为摆动相和支撑相两种形式。当一组腿处于摆动相向前摆动的同时另一组腿必须处于支撑相, 支撑相的三条腿构成一个三角形, 在稳定支撑的同时推动躯体向前移动。如图1所示, 前摆腿的顺序为153-426-153。
三步态相比于二步态是比较缓慢的一种步态。6条腿分为3组, 处于对角的两条腿为一组。在摆动的过程中, 同一时间只会有一组腿处于摆动相, 其他腿都处于支撑相, 构成了四边形支撑, 扩大了支撑区域, 所以三步态兼顾了稳定性和灵活性两方面的优点, 虽然速度有所下降但是稳定性有很大提高, 能够适应在复杂环境中快速行进。如图2所示, 前摆腿的顺序为15-26-34-15。
六步态是昆虫的特殊行走步态, 也叫做自由步态, 其占空比β大于0.8, 稳定系数最高。六步态主要用于崎岖的山地行走或者完成探测食物等特殊任务。昆虫以六步态行走时, 侧重于感受外界环境对自身的干扰, 并对刺激做出快速的反应。昆虫六步态动作分解如图3所示, 前摆腿的顺序为4-2-6-1-5-3-4。
综合以上分析总结六足昆虫步态特点:六足昆虫正常的步态切换主要取决于运动的速度和负载:负载越大, 一个周期内需要的支撑腿数目越多, 支撑时间越长, 要求移动速度也就越慢;负载越小, 支撑腿的数目可以减少, 摆动频率就会增加, 提高移动速度。此外周围环境的变化也会影响昆虫改变步态, 通过步态变化来灵活调整行走姿态以适应突如其来的各种情况。
2.2 步态参数描述
步态参数是指昆虫行进时所涉及的一些参数, 现归纳如下:
步态
六条腿相继迈步的顺序, 通过调整迈步的顺序和频率来调整身体的位姿。
步态周期
步态完成一次循环所需要的时间。
步幅
单腿的迈步幅度, 也叫做步长。单腿处于摆动相的过程中, 足端的离地点与落地点的距离差的一半。
摆动相
运动过程中单腿在整个步态周期中离地前摆的过程。
占空比β
单腿在一个步态周期内, 处于支撑相的时间在整个步态周期中所占的比例.
支撑相
运动过程中单腿在整个步态周期中接触地面并支撑身体向前扭动的过程。
3 六足机器人稳定性技术分析
3.1 稳定性判据
由于六足机器人具有静态稳定和动态稳定两种稳定状态[6], 因此稳定性的评价方法对于评定机器人的稳定状态至关重要。通过前面对六足昆虫典型行走步态的介绍, 六足机器人的行走步态也可以分为二步态、三步态和六步态。针对不同的步态行走方式, 机器人稳定性评价方法的侧重点也会有所不同。本文以机器人二步态行走为例, 对其静态稳定性进行分析。机器人稳定性等效模型如图4所示。其中G代表机器人本体的重心, S代表机器人二步态行走时三条支撑腿所围成的区域, F代表机器人的行走平面, G'代表重心在F上的投影。
这里我们引入机器人稳定性判据:如果机体重心G在机器人行走平面的投影在支撑腿所围成的区域S内, 则机体的状态是稳定的;如果机体的重心G的投影落在了三角区域S以外, 则机体状态是不平稳的, 有可能出现倾覆现象。
3.2 稳定裕度计算
为保证六足机器人稳定可靠行走, 采用准确的参数评估机器人的稳定性对于控制的简化和抗干扰性是至关重要的。20世纪六十年代Mc Ghee首次提出了稳定裕度的概念, 稳定裕度是指机体重心在支撑足所在平面的投影到各足支撑点所围成的多边形各边的最短距离[7]。稳定裕度越大, 机器人应对外界环境的抗干扰能力就越大, 可以说稳定性裕度的大小能够衡量机器人的静态稳定性。六足机器人二步态稳定裕度计算图如图5所示, 其中L1、L2、L3代表机器人左边三个足端, R1、R2、R3代表机器人右边三个足端, {R1, L2, R3}所对应的腿为支撑相, {L1, R2, L3}为摆动相, 以G'为原点, G'L2所在轴为X轴建立平面直角坐标系, 点G'到三角形每个边的距离分别为G'A、G'B和G'C。
假设R1, L2, R3三点坐标依次为 (x1, y1) 、 (x2, y2) 、 (x3, y3) , 则直线R1L2和直线G'A方程如式 (1) 所示。
根据上式可以得到A (xa, ya) 中xa和ya的值, 如式 (2) 所示。
由公式 (2) 可以的出G'A的值, 同理, 也可以求出G'B和G'C的值。从而得出机器人以二步态行走时的稳定裕度w=min (G'A, G'B, G'C)
4 六足机器人控制系统设计
4.1 控制系统硬件体系结构
六足机器人控制系统硬件体系结构如图6所示。
本文从控制系统规模、自由度数量、环境适应能力、传感信息的传递等角度提出了以多足步行机器人递阶式任务分配方式和信息传输机制为基础的四级控制系统方案, 四级控制单元可以分为中枢控制单元、多轴协同运动控制单元、单腿执行单元和信息采集处理单元。
中枢控制单元以车载计算机为核心负责决策和信息处理。中枢控制单元主要完成机器人的步态规划;传感器等反馈信息的融合;通过无线通讯能够对操作者输入的命令信息做出及时反应;及时处理机器人所遇到的突发事件等, 它是控制系统的核心单元。中枢控制单元作为控制的上层级别直接控制多轴协同运动控制单元。
多轴协同运动控制单元以安装在机体上的UMAC高级运动控制卡为核心, 通过CAN总线的方式接收由中枢控制级发送的运动命令, 并根据运动控制指令调用相应底层驱动程序, 驱动多关节的协同运动, 从而实现中枢控制级的步态规划算法。多轴协同运动单元作为控制的底层级别直接控制单腿执行单元, 也接受和处理部分传感器信息[8]。
单腿执行单元由伺服驱动系统和伺服电机组成, 伺服驱动系统接收UMAC高级运动控制卡发出的连续的驱动信号, 根据自己内部的电流环和速度环的自动调节, 同时将编码器的位置反馈给运动控制卡构建了控制系统的位置环, 组成了伺服系统的三环控制, 提高单腿控制的精确性和灵活性[9]。
数据采集、信息处理单元包括惯性导航采集模块、GPS模块、力传感器、位移传感器、摄像头、激光雷达等。它们采集到的信息处理成为数字信号反馈给中枢控制级, 中枢控制级根据反馈的信息来决策机器人的运动步态。
综上所述, 六足移动机器人系统控制方案采用分级递阶式智能控制系统的软硬件结构, 通过对四级单元进行任务规划, 实现了六足移动机器人的运动控制要求。
4.2 控制系统软件设计
4.2.1 控制系统软件结构图
运动控制系统软件包括上位机运动控制软件和下位机电机控制软件。本文采用PC104计算机作为上位机, 基于Visual c++6.0编程工具在WinCE系统平台上开发上位机运动控制软件。其主要功能包括初始化系统、CPG步态控制策略、异常处理策略、传感器信息采集、通讯等。UMAC高级运动控制器作为下位机主要负责电机的驱动设置、运动控制环配置、步态执行、通讯等功能。上位机与下位机以CAN总线的形式进行通讯[10], 系统软件总图如图7所示。
4.2.2 运动控制单元模块化设计
根据六足机器人的功能需求分析, 六足机器人的功能主要包括二、三、六步态的稳定行走、坡面行走、跨越障碍、机体位姿调整。本文以运动控制单元做为控制系统软件的核心实现上述功能, 并根据运动控制要求, 模块化设计运动控制单元结构如图8所示。
六足机器人共1 8个主动自由度, 在机器人运动的同时伴随着大量的数据传递, 运动控制系统需要根据实时的反馈信息对当前运动状态进行不断的调整。从操纵者的角度考虑, 一方面系统功能主要由机器人自动实现, 不能分配给操纵者过多的任务量;另一方面操纵人员有对机器人的最高操控权限, 系统要提供充足的功能提高操控的灵活性, 甚至在特殊情况下接受必要的人工干预。因此我们将运动控制单元分解为自动运动模式和手动调节模式。自动运动模式由常规行走控制、坡面行走控制和越障控制三部分组成, 是运动控制的核心单元。手动调整模式分为单腿控制模式和机器人位姿调整模式, 作为辅助调整功能的实现。
5 结束语
本文在对六足昆虫典型行走步态进行研究分析的基础上, 归纳出了适合六足机器人行走的典型步态, 进而讨论了机器人的稳定性行走技术, 最后设计了逐级分布式机器人控制系统体系结构, 根据运动控制要求, 建立了一个模块化的可扩展的软件体系。
摘要：六足机器人是一种具有多支链与时变拓扑结构的特种机器人, 该类机器人能够在复杂环境中稳定行走, 长期以来一直是国内外机器人研究领域的热点之一。本文从仿生角度出发, 归纳六足机器人稳定行走的三种方式;根据六足机器人各足支撑点围成的多边形区域与机体重心在其投影的关系来评定六足机器人行走稳定性, 为实现六足机器人稳定性行走提供理论依据;最后根据机器人控制精度增加和智能力减少的原则, 以分级递阶的方式设计六足机器人的运动控制系统。
关键词：六足机器人,控制系统,步态,稳定性
参考文献
[1]M.GORNER, T.WIMBOCK, A.BAUMANN.The DLR-Crawler:A Testbed for Actively Compliant Hexapod Walking Based on the Fingers of DLR-Hand II[C].2008IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008:22-26.
[2]LIN P.C, KOMSUOGLU H, KODITSCHEK D.A Leg Configuration Measurement System for Full-Body Pose Estimates in a Hexapod Robot[J].IEEE Transactions on Robotics, 2005, 21 (3) :411-422.
[3]ALTENDORFER R, MOORE N, KOMSUOGLU H.RHex:A Biologically Inspired Hexapod Runner[J].Autonomous Robots, 2001, 11 (3) :207-213.
[4]陈学东, 孙翊, 贾文川.多足步行机器人运动规划与控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2006:1-10.
[5]MCGHEE R B.Some Finite State Aspects of Legged Locomotion[J].Journal of Mathematical Bioscience, 1968, 2 (1/2) :67-84.
[6]王鹏飞.四足机器人稳定行走规划及控制技术研究[D].哈尔滨工业大学博士学位论文, 2007:10-20.
[7]MCGHEE R B.Robot Locomotion[M].Neural control of locomotion, 1976:237-264.
[8]周青松, 张铁.基于PAMC的机器人控制器调试系统的研制[J].机器人技术, 2009, 25 (3-2) :245-247.
[9]陈东升, 吉方, 唐小会.UMAC控制下Z轴伺服系统设计与调试[J].设计与研究, 2008, (2) :82-85.
四足步行机器人姿态控制方法研究 篇6
足式步行机器人是模仿动物运动形式的特种机器人, 是一种腿式的移动机构, 具有轮式、履带式等移动机器人所不具备的优点, 它利用孤立的地面支撑而不是轮式机械所需的连续地面支撑, 可在不平地域以稳定方式步行或以非接触方式规避障碍。该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定地行走, 以便来代替人完成许多危险作业, 在矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、农业及森林采伐等众多行业具有广阔的应用前景[1,2]。
目前关于四足机器人的研究往往是在实验室环境中进行的, 应用也主要是面向娱乐等家庭服务领域[3], 应用于实际工程的四足机器人必须解决姿态控制等问题。本文的研究主要面向建筑领域, 在保证机器人不摔倒的情况下, 控制机器人的上平面保持水平, 实现利用四足机器人搬运建筑物资的目的。
1 机器人结构设计
一般情况下, 对于平面机构的腿在平面内能实现变步态步行最少需要两个自由度, 这时只能做不改变方向的直线运动。如腿要实现固定步态步行, 也可采用一个自由度。这里根据建筑用机器人的要求选用了两个自由度来控制单腿。为了能够充分利用伺服马达的输出转矩, 把马达输出的转臂作为机器人的肢体的组成部分, 这样就大大提高了输出功率的利用率。躯干设计成长方形, 在机身的每一侧分别排布两条模化板的腿机构, 该腿机构通过髋关节轴和叉架与机身连接为一个整体采用对称布置, 以确保机器人整机的重心与几何中心重合。四足步行机器人的整体结构如图1所示。
2 姿态控制
利用四足机器人搬运物资, 要求机器人上水平面保持水平, 因此需要对机器人进行水平控制和重心控制。设四足步行机器人前后两腿距离2a, 左右两腿距离2b, 四条腿定义如图2所示。
2.1 前后倾斜控制
设前后倾斜的倾斜角为θFR, 机器人的上平面若保持水平, 根据机器人的结构简图2, 其前后倾斜的侧视图如图3所示。2a为1L、2L前后两腿的距离。设L1+L2=c1, 1c为常数, 于是:
2.2 左右倾斜控制
设机器人的左右倾斜角度为θRL, 机器人的上平面若保持水平, 根据机器人的结构简图
3.4, 其左右倾斜的前视图如图4所示。2b为1L、4L两腿的距离。设L1+L4c=2, 2c为常数, 于是:
2.3 重心控制
设基准状态时, L1=L2=L3=L4=L, 且1L, 2L, 3L, L4的变化量分别为∆L1, ∆L2, ∆L3, ∆L4;机器人上平面前后倾斜角为θFR;左右倾斜角为θRL。在机器人上平面上安装2台倾斜计, 则θFR, θRL能够测量。在1、2、3、4四只足下安装4台压力传感器, 设四条腿压力分别为1F, 2F, 3F, 4F。
四条腿的水平面投影如图5所示。设重心在水平面的投影坐标为G (X C, YC) , WW1、1、WW22、23W3W3、44W4分别为1、2、3、4四条腿在垂直方向上的力, θ1θ1θ、、θθθ22、2θ33θ3、44θ4分别为1、2、3、4四条腿与垂直方向的夹角W1W。1、2、于WW是WW3有W:W4W
其中:
3控制系统
四足步行机器人控制器分为两部分:电机驱动模块, 环境检测模块。控制系统选用嵌入式系统, 将控制系统加载到机器人本体上, 并在机器人工作的环境下运行。嵌入式控制系统的任务是调度各个任务模块的工作, 使整个系统可以协调的工作, 其中包括8个舵机驱动控制, 前后、左右倾斜检测, 四只足的受力检测, 其控制系统原理如图6所示。
控制系统采用ATMEL公司的AT89S52芯片作为控制系统的核心;伺服舵机型号是HS-322HD;倾斜检测采用PMP-45U型号倾斜计, 力检测采用BHR-8M型电阻应变荷重传感器。
4 实验研究
如图7中位置1到位置4为四足步行机器人行走过程。
5 结论
针对目前步行机器人普遍存在运行速度慢、地形自适应运动能力差等问题, 在以往研究的基础上设计了四足步行机器人系统, 并利用所设计的四足步行机器人系统进行了实际机器人的基本步态实验研究, 实验结果说明所设计的四足步行机器人能实现基本步态的姿态的控制任务。
参考文献
[1]雷静桃, 高峰, 崔莹.多足步行机器人的研究现状及展望.机械设计, 2006, 9 (23) :9-15.
[2]Buehler M.Dynamic locomotion with one.four and six-legged robots[J].Janue of the Robotcs Society of Japan.2002, 20 (3) :15-20.
步行控制 篇7
关键词：脑卒中,早期偏瘫,步行训练,推拿治疗
脑卒中后绝大部分患者存在肢体运动功能障碍，有1/3～1/2的患者3个月内不能恢复独立步行[1]。我们对偏瘫患者进行早期步态训练结合推拿治疗，并对训练患者下肢运动功能、平衡功能、肌张力、步行能力等方面的影响进行临床观察。
1 一般资料
选取2006年9月至2007年9月60例脑卒中早期住院患者进行观察，随机选取30例为结合组，行步行训练结合推拿治疗;另30例为对照组，行推拿治疗。所选受试对象符合第四届全国脑血管疾病学术会议制定的诊断标准，并经头颅CT或者MRI证实，不伴有理解障碍，心功能3级，年龄<75岁。两组资料的年龄、性别、病程、性质、部位等的差异无统计学意义 (P>0.05) ，具有可比性。见表1。
2 治疗方法
2 组患者早期均进行以下推拿治疗。患者先取俯卧位，用拿、滚法施行于患肢膀胱经，然后点按环跳、承扶、委中、承山等穴位；然后患者取仰卧位，运用滚法在患肢三阴经及三阳经循经操作，然后点按风市、足三里、阳陵泉、血海、太溪、昆仑、解溪等穴。并配合患侧肢体的被动活动。结合组步行训练的重点为: (1) 改善病人步行中的平衡能力。如站位平衡训练，左右侧弯腰等; (2) 纠正长短步训练，如站位时练习前后迈步，应反复提醒病人注意纠正长短步; (3) 增加患肢负重能力及耐力，如患肢单独负重练习、上下楼梯练习等; (4) 增加对下肢控制能力的练习。如卧位时足跟不离开训练床的交替屈伸，坐位屈膝等。每天1次，每次40min, 4周为1个疗程。
3 评定方法
康复治疗前、后评定以下4项指标: (1) FuglMeyer下肢运动功能评定，分值为0～34分 (分值越高，运动功能越好) ; (2) Fugl-Meyer平衡功能评定，分值为0～14分 (分值越高，平衡功能越好) ; (3) Holden步行功能分级，评价步行能力，分为0～5级，0级患者不能行走或需2人以上的帮助，1级患者需要1人持续有力地帮助转移重量，2级患者持续或间断需要1人帮助平衡或协调，3级患者需1人口头管理或伴行而无身体上接触，4级患者在平面上可独立步行，但在上台阶、斜面或不平的表面时需要帮助，5级患者可独立地去任何地方 (级别越高、步行功能越好) ; (4) 改良Ashworth法下肢伸肌张力评价，分为0～5级 (级别越高、痉挛越明显) 。
2组数据计量资料均以（±s）表示，采用t检验，计数资料用x2检验。所有统计分析均采用SPSS10.0版统计软件处理。
4 结果
2组康复治疗后的Fugl-Meyer下肢运动功能评定、Fugl-Meyer平衡功能评定、改良Asworth法下肢肌张力评定、Holder步行能力分级评定值与康复治疗前比较，差异均有统计学意义 (P<0.01) ;康复治疗后结合组与对照组比较，除Fugl-Meyer平衡功能评定的差异无统计学意义 (P>0.05) 外，其余3项评定的差异均有统计学意义 (P<0.05) 。见表2。
5 讨论
早期离床、早期步行和早期生活自理已成为急性脑卒中早期康复原则[2]，恢复和提高步行能力是脑卒中患者的康复目标，但患者早期不足以承重、平衡功能差以及异常的运动模式是影响步态恢复的主要因素。步行训练能改善患侧负重，改善平衡功能，纠正步态。可早期对患者进行以负重、迈步和平衡三要素相结合为特征的步行训练[3]。
机体发生脑损伤后，其中枢神经系统在结构及功能上存在一定程度的代偿或功能重组能力，这种自然恢复的能力与大脑病变区水肿的消退、吸收、颅内压的降低及部分坏死边缘神经细胞的功能的改善有关，但是一些脑细胞损伤后不可逆，故患者的功能恢复在很大程度上依赖于神经系统的代偿水平且与康复治疗密切相关[4]。本研究中，2组患者康复治疗后Fugl-Meyer下肢运动功能、Fugl-Meye:平衡功能、步行能力、肌张力均显著改善，说明早期康复介入对患者的功能恢复有很大意义。
本研究中，结合组步行训练后Fugl-Meyer下肢运动功能及步行能力较对照组有显著提高，显示推拿结合步行训练对偏瘫患者独立步行能力的提高有显著效果，其机制可能是:步行时大脑皮质能量代谢活动增加[5]，受累的半球感觉运动皮质血循环中的血红素携氧能力大大超过未受累侧。脑电地形图显示，在训练过程中受损半球的运动区激活作用加强，运动辅助区皮质也有同样显著的激活作用，说明脑卒中患者的多个部位运动皮质在步态训练中均起作用[6]；步行训练将负重、迈步、平衡三要素有机结合起来，促进正常步态模式的建立;在姿势控制的同时，训练平衡、协调和步态，有助于肌张力降低；早期反复的完整步态练习可使躯干肌得到锻炼[7]；为患者提供安全治疗环境，消除恐惧感，帮助患者完成步态全过程，能激发患者治疗信心。步行是机体全身众多关节和肌群的一种周期性运动，步行周期中髋膝踝关节屈伸，多组肌肉协调收缩，骨盆运动，重心转移[8]，特别是支撑相、摆动相和下肢肌肉的肌电活动活跃。脑卒中早期的步行训练，能训练下肢承重肌。
参考文献
[1]黄晓琳, 王伟, 等.脑卒中偏瘫患者减重平板步行训练的临床应用研究.中华物理医学与康复杂志, 2003;25:759.
[2]瓮长水, 高怀民, 徐军, 等.急性脑卒中偏瘫患者初诊时坐位姿势保持能力对判断功能预后的价值.中华物理医学与康复杂志, 2002;24:40.
[3]Svendsen B.Treatment of the hemiplegic patient;new strate-gies for gaittraining.Phys Ther Products, 1996, 16;32-34.
[4]周宁, 陆敏.早期康复治疗对脑梗死偏瘫患者功能恢复的影响.中华物理医学与康复杂志, 2004;26:744.
[5]Fukuyama H, Ouchi Y, Matsuzaki S, et al.Brain func-tional activity dur-normal subjects:A SPECT study.Neu-rosci Lett, 1997, 228:183￣186
[6]朱洪翔窦祖林.减重支持系统应用研究新进展, 中国康复医学杂志, 2003;18:505.
[7]Obin BH.An overview of treadmill locomotor training withpartial weightbody support:a neurophysiologically soundapproach whose time hascome for randomized.Clin Trials, 1993, 13;157￣165.
步行控制 篇8
步行街作为城市中一个浓缩社会历史、文化的场所, 始终处于一个多层面、多方位、多形态的动态平衡空间体系之中, 其形态及设计理念总是随着社会形态、社会生活、社会意识的变化而变化。如从物化的形态表层结构看, 它涉及到许多领域, 有许多形式, 主要有各类专供行人使用的步行街、人车共存的半步行街、高架步行街、地下步行街、时间系步行街 (在指定时间内开放) ;如从深层结构看大致可以被抽象为两个组成部分, 即不同辐射能力的吸引点 (节点) 以及步行道路 (路径) , 节点可理解为区的概念, 路径可理解为连接节点的线性空间。
步行街对城市的作用很重要, 主要反映在四个方面:
1.1 交通组织管理:
良好的城市通常以平衡的交通管理为特点。通过改善步行的环境质量、增加步行人数、减少城市中心用于汽车交通的空间等手段, 使更多人乘坐公交车, 避免人车冲突, 达到步行、公交、小车、地铁的良好平衡。
1.2 经济复兴:
步行街吸引了行人浏览、散步、购物, 从而增加了消费, 促进了临街商业的发展和增收, 加快了城市经济的复苏。
1.3 环境改善:
步行街减少了车辆, 降低了噪音、废气的污染程度, 净化了环境, 同时也对古建筑和历史文化风貌起到良好的保护作用。
1.4 社会效益:
步行街是城市意象的重叠, 是维系城市与居民的纽带, 为社会各阶层民众提供了互相交往的机会以及休闲、娱乐、购物的场所, 为各种文化的共存、交融创造了条件, 也为城市带来了生机与活力。
2 步行街的建设形式、规划原则
步行街的建设主要有重建、整建、维护三种基本形式, 在现今步行街的规划中, 普遍采用的是以下几项具体实施性原则:
2.1 人车分离, 宜出宜进、四通八达的原则:
即运用各种方式和技术使步行者与机动车分开, 同时为步行者提供一个内外通达、进出自如的步行系统。
2.2 人本的原则:
真正的步行街是切实的事物, 主体是人, 人使步行街有了故事情节, 有了生命, 人们用整个身心的存在去感受、接触、聆听和衡量环境, 所以步行街必须体现一切为人服务的理念。
2.3 地域原则:
地域性是城市景观在一定自然环境中形成的特征, 不同的城市、地段都有其自身的特点, 因此有意义的步行街都应根植于历史阶段的社会背景, 这是对所处的特定地区自然环境、历史文化等的合理回应, 所以因地制宜升华每一个步行街中那独有的、本质的地域文脉, 并使之更有生机活力, 更有发展, 才能意匠独造。
2.4 功能、技术合理原则:
功能是步行街的重要内容和最活跃因素, 因此需要采用现代先进合理的技术来满足各种功能的要求。同时合理地利用土地和空间, 合理地利用资源和资金。
2.5 细部原则:即重视步行街形态、比例、尺度、色泽、材料、光照及设施的设计。
2.6 管理、效益原则:即运用科学完善的管理, 以求获得良好的综合效益。
3 实例分析———大同花园步行街规划设计
大同花园位于上海最繁华的商业街之一的徐家汇路与南北高架的结合处, 是打浦桥的城市标志之一, 是卢湾区的重要组成部分。大同花园步行街路范围北自徐家汇路, 南至丽园路, 全长约160余米。因有幸负责了此项工作的规划方案, 特对这一地段作了较详细的调研。
3.1 制约因素
3.1.1 步行街南北向长约160m, 东西向宽约
17m, 路东是高层住宅区, 路北是紧密相邻的高层商办综合楼, 这些楼的共性是一至两层均为商业用房, 其上是办公用房, 因此整个空间形态比较单一。
3.1.2 高层商办综合楼因紧临徐家汇路与南
北高架路的转角, 而以上两条主要干道又不允许货车和非公交车停留, 所以综合楼的货流与人流只能在步行街上进出。
3.1.3 紧邻的徐家汇路是上海开埠后最早形
成和全国规模最大的商业街之一, 具有百年历史, 记述了上海历史的某些特征, 也包含了丰富的文脉特色, 同时还具有繁忙的商业活动和超负荷的交通网络。
3.2 规划对策
规划的目的, 就是要合理地解决上述制约因素, 为此我们提出如下对策:
3.2.1“历史主义”思考:
徐家汇路是打浦桥重要的路段, 人多、车多、店多、招牌多, 建筑风格杂陈, 沿线各历史阶段建筑鳞次栉比, 其历史文脉是以20世纪20~30年代建造的西洋古典建筑为基础, 但正像一本不断修改的书一样, 它也在不断增添新篇章, 因此步行街的规划在空间结构、建筑形态上主要采用了协调的方法, 如保留调整了原地段场所的墙砖、地砖、门斗、路灯等有形的东西, 以唤起使用者对原有街区脉络经验的联想, 从而达到整体的连续一贯。
3.2.2“城市主义”思考:
街区交通有赖于城市空间来实现, 它又赋予其活力, 在本项目中, 绝对排斥车行交通是不现实的。本设计以立体化来组织有序的交通流线, 在距地5m标高处, 设计了二层步行系统, 通过高架步行廊将各商业建筑相连, 沟通串联起综合楼和商住楼的二层商场, 实行人车立体分流, 提供安全舒适的购物空间, 以缓解主干道交通拥挤的状况, 使本街区人车共存而各得其所。
3.2.3“人本主义”思考:
针对卢湾区人口密度大, 公共空间严重不足的问题, 设计中以人的尺度、人的需求及人的活动为根本出发点, 充分提供各种公共服务设施, 并与打浦桥周围的建筑功能完善同时实现。
3.3 主要设计要点
3.3.1 架空步廊设计
在步行街建筑两侧, 各布置一条3m宽的架空步廊, 底层为拱形柱廊, 每隔一定路段设置过街人行天桥, 既增加了景观的层次感, 天桥本身也成为俯瞰步行街的观景点。注重对景的设计, 在视觉焦点处精心设计标志物, 使不同的街段都有较好的视觉景观。
3.3.2“金带” (Golden Line) 设计
在步行街中线两侧, 各布置一条2m宽的“金带” (Golden Line) , 将动、静两种活动分开。凡在“金带”以外的两边范围属于流动性区域, 尽可能进行中性化处理, 简洁明了地形成开敞流动的空间。而“金带”内侧则设计为静态休息区域, 设计提供充足完备的服务设施、环境小品, 如问询处、电话亭、售报售货亭、花坛、废物箱、路灯、座椅及广告牌等。
3.3.3 建筑形象的设计
店铺立面以尺度小巧, 形式多样为原则。店铺面宽一般为6m, 每个单元变换一种立面处理方式。建筑轮廓线也尽量避免整齐划一, 店铺进退有秩, 建筑高低结合, 使街道景观在统一中有变化, 每段空间中都有新的信息出现, 保持步行者逛街心理的兴奋状态。
3.3.4 透光天棚设计
建筑顶部的连续的透光天棚采用透明玻璃加钢骨架的做法, 出挑深远并辅以灯光照明, 以轻盈舒展的造型与下部多变的建筑群形成对比。设计中天棚与建筑群屋顶之间留有架空通风层。行人游客在天棚下游览购物, 可沐浴阳光, 享受新鲜空气兼能避风雨。
2003年7月大同花园商业步行街一期工程完工并正式开街。目前, 建造的后续工作仍在按照规划的构思和设想继续进行中。
21世纪是强调人、强调文化、强调人与自然融合、强调整体发展的世纪。步行街作为城市社会、经济、人文、空间的物化反映, 其形态的演进反映了城市发展变动的历史, 其内在结构又反映着城市形态的本质, 它的建设涉及到许多因素和领域, 其建设规模、功能、形态逐渐大型化、多样化、立体化、综合化, 在其理论和实践方面, 尚需我们进一步地研究和探索。
摘要：近年来全国许多城市出现了在商业中心区建设步行街的热潮, 这种现象反映了步行街作为一种改善城市环境、保护历史文化遗产、繁荣商业经济的规划手段越来越受到人们的理解和重视。通过以上海大同花园步行街规划设计研究为例, 试图分析以商业中心区步行街建设为主题的几个关键性问题。
谜语步行街 篇9
一、猜汉字
1.人有它大，天无它大。
2.上不在上，下不在下。
3.灭火。
4.数虽小却在百万之上。
二、智买落汤鸡
元朝时，有一年秋天，著名小说家施耐庵为避战乱，带着妻子和助手罗贯中去投好友顾逖。
这天，他们一行来到顾府。顾逖一面给客人安排住舍，一面准备盛宴，为好友接风洗尘。顾逖与施耐庵平时好开玩笑，这时，他拿出碎银，对家人说：“速去镇上买落汤鸡来！”家人一时不解，困惑地问：“啥叫落汤鸡呀？”
此时，罗贯中一旁听罢，拱手一笑：“此乃细事，让我去镇上看看，顺便办来吧。”顾逖应允，罗贯中去了。
不多久，罗贯中归来，在院中高叫：“闲翁久等了。”顾逖迎出一看，不禁拍着施耐庵的肩说：“贯中果然聪颖过人！”
细想想，罗贯中买回的是何物？
三、补词组诗
请选择适当的字填在下面的括号里，使它们组成四个字的词语，再按先上到下的顺序读一读，你会发现它是一首我们熟悉的古诗。
（一） （二）
张冠（ ）戴 飘（ ）不定
（ ）日做梦 举世（ ）名
（ ）虚而入 回头是（ ）
同（ ）共济 纸（ ）谈兵
（ ）计就计 脚（ ）实地
翠色（ ）流 欢（ ）笑语
一意孤（ ） （ ）情并茂
（三） （四）
（ ）李不言 （ ）拘一格
锦上添（ ） 目之所（ ）
一（ ）死水 （ ）洋大海
（ ）泄不通 不（ ）不类
（ ）情厚谊 雪中（ ）炭
（ ）丝万缕 我行（ ）素
得寸进（ ） （ ）不自禁
四、成语谜
1.心往一处想，劲往一处使。
2.先唱粤剧，后演京剧。
3.刀出鞘，弓上弦。
4.人人献计，个个鼓劲。
5.有方有圆，有红有绿。
6.车马炮出击，将士相助战。
五、纪晓岚的灯谜
清朝乾隆年间的一个元宵节前，乾隆皇帝下旨要大臣们每人糊一盏灯。上面写好谜语、对联或诗文送进宫来。
元宵节这天，彩灯挂满了御花园。乾隆与文武百官在御花园里走动，就仿佛是在灯海里遨游。他们或猜谜，或对句，或赏诗，不时发出一阵阵酣畅的笑声。
当大家来到纪晓岚的彩灯前时，只见上面挂着一副对联，上面写着：
黑不是，白不是，红黄更不是；和狐狼猫狗仿佛，既非家畜，又非野兽。
诗也有，词也有，论语上也有；对东西南北模糊，虽为短品，也是妙文。
大家都被难倒了，既爱对句又喜猜谜的乾隆也没了辙。君臣一起搜肠刮肚，绞尽脑汁，还是一头雾水，不知所云。最后，还是纪晓岚哈哈笑着，揭开了谜底。
你知道谜底是什么吗？
六、老汉进城
四老汉在同一天进城，恰好在一棵大樹下相遇了，他们谈起了自己的爱好：
第一位笑眯眯地说：“我爱四个王字转又转。”
第二位瞅瞅正在升起的太阳说：“我爱四个日字肩并肩。”
第三位指着嘴巴说：“我爱四个口字膀挨膀。”
第四位看看远山说：“我爱四个山字尖对尖。”
说完，他们相视而笑。
聪明的同学们，你能猜出他们都爱好什么？
七、读谜语 ，猜作家
老舍、鲁迅、巴金、田汉、冰心、茅盾，他们是我们熟悉的著名作家，他们的部分作品已选作我们的课文。你知道吗？他们的名字还是一条谜语呢。读一读，把相应的作家名填在下面的括号内。
1.冬天吃雪糕——（ ）
2.山东急电——（ ）
3.前后不一致——（ ）
4.地里男人——（ ）
5.百年古屋——（ ）
6.四川钞票——（ ）
（答案本期找）
日照步行景观桥 篇10
日照步行景观桥位于日照山海天阳光海岸约2公里长的海岸公园南段。山海天阳光海岸自然环境优美, 沙滩优良, 如何最大程度的保护现存超过50年历史的黑松林成为整个设计的最大挑战。建筑的位置及朝向都经过仔细设计, 试图最大程度上的减少对周边环境的影响和对黑松林的保护, 由于沙滩宽阔用地相对宽松, 建筑在避开黑松林的同时, 以草坡逐渐升起的方式将建筑屋顶与环境缓缓相连, 使建筑隐于树丛草坡之中。建筑面向大海开敞, 在获得海景的同时, 在大海与建筑间形成一个半围合的开敞空间, 这里的室外泳池为游客提供了优雅的活动场所。