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踝关节是人体的承重关节,起着至关重要的作用。本文结合当今社会踝关节高发病率和目前现有踝关节康复产品的不足的情况,将康复机器人技术、柔索驱动并联技术等相结合,提出了一种新型柔索驱动踝关节康复机器人。具体内容如下:
1)在踝关节康复医学研究基础上,针对踝关节康复运动训练的需要,提出了一种新型柔索驱动踝关节康复机器人机构,计算了机构的自由度,证明了机构能够满足踝关节康复运动需求。
2)对踝关节康复机器人机构模型进行运动学位姿分析。运用封闭矢量法求出机构姿态逆解,针对并联机构正解求解复杂的问题,采用罗德里格参数法求解姿态正解,并给出数值算例,正逆解相互验证,证明方法的正确性。求出了机构雅可比矩阵,并在其基础上分析了机构的工作空间、刚度矩阵,并给出数值算例。
3)采用牛顿-欧拉法建立机构的动力学模型,对踝关节康复机器人康复运动进行轨迹规划并仿真,利用Mathematica软件仿真得出康复运动过程中柔索长度、速度、加速度曲线图。仿真结果证明此踝关节康复机器人方案的正确性与可行性。为该机构的控制系统的设计与研究奠定基础。
4)结合人机工程学,对踝关节康复机器人系统进行了详细的模块化设计,并制作样机,设计了踝关节康复机器人的控制系统。通过实验得到柔索长度变化曲线与仿真曲线基本吻合。该运动控制实验验证了以上理论分析结果以及仿真控制的正确性和可行性。