并联2-RRR/UPRR 踝关节康复机器人机构及其运动学

在分析现有踝关节康复机器人机构特征的基础上,提出了一种具有远程转动中心的2-RRR/UPRR 并联 踝关节康复机构．该机构可以实现踝关节康复运动所需的三自由度转动,即内翻／外翻,背屈／跖屈,外展／内收运 动．采用关节轴线的运动副螺旋矢量表示法分析了该机构在整个工作空间内任意位姿都可以实现3 维转动的机构学 原理．计算了其自由度,并讨论了选取与定平台相连接的3 个转动副作为输入的合理性．应用球面几何方法给出该 机构的位置反解,同时推导出机构位置正解表达式,并给出了数值算例,验证了其工作空间满足踝关节康复运动的 要求．     

考虑跖趾关节运动的踏板式步行康复机器人运动规划

基于人正常步行时足部的运动特征,提出了一种利用机械约束即能实现步行时踝关节和跖趾关节运动姿态模拟的踏板式步行康复机器人,帮助老年人及偏瘫患者进行步行康复训练.通过分析步行时跖趾关节的背屈过程,对前踏板的运动姿态进行规划,并以此确定了约束导轨的轨迹.按照人正常平地步行过程对步行训练时双侧踏板的运动时序进行了规划,并根据步行时的时相分布关系规划了双侧曲柄的转速.利用MATLAB软件建立步行康复机器人的运动学仿真模型,验证了运动规划的可行性,说明该步行康复机器人可以模拟正常人步行时的步态及踝关节和跖趾关节的运动姿态,能够满足步行康复训练的要求.     

绳驱动并联踝关节康复机构设计及运动性能分析

交通事故和中风后的神经损伤会导致下肢伤残,使得患者无法完成抬脚之类的简单动作.为了帮助患者恢复运动能力,提出一种适用于脚踝康复的3自由度绳驱动并联机构.首先介绍了绳驱动踝关节康复机构的结构.其次利用牛顿-拉夫逊迭代法和封闭矢量环法计算了位姿正反解,建立了速度雅可比矩阵.通过对驱动绳索的张力进行分析,优化了张力分布并求解了机构的工作空间.最后,基于雅可比矩阵分析了机构的运动性能.结果表明在规定的工作空间内机构无奇异点,有良好的运动灵巧性和刚度性能.而且设计的等效球面副和动平台使得机构的转动中心较好地与踝关节的转动中心相重合,相比现存的踝关节康复机器人更具优势.综上,设计的机构适合脚踝康复训练.     

并联2-UPS/RRR踝关节康复机构及运动性能分析

为了帮助患者恢复踝关节运动能力,在分析现有踝关节康复机器人机构的基础上,提出了一种简单、实用的3自由度2-UPS/RRR并联机构.该机构约束支链与动平台的设计,保证了机构的旋转中心与不同患者的踝关节旋转中心重合.计算了自由度,并应用解析法给出了机构的运动学逆解,建立了速度雅可比矩阵,通过对驱动参数的限定,求解了满足训练要求的机构工作空间.最后基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能,结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性和刚度特性.而且机构采用非冗余电动机驱动,结构简单,有效避免了支链间不必要的干涉,减小了整个机构的占用体积,相比当前的踝关节康复机构更具优势.     

并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究

为了帮助患者进行踝关节康复训练,减轻治疗师工作强度,在分类分析现有的各类型踝关节康复机器人的基础上,设计了一种六自由度并联3-URS踝关节康复机器人。从人体生理结构及康复训练需求出发,设计、优化了康复机器人结构,加工制造了实物样机模型;采用闭环矢量的方法建立了并联机器人运动学模型,结合Rosenbrock-Banana优化函数,将正逆运动学数值求解问题转换为优化问题。以背屈训练轨迹作为数值算例,求解精度可达10-10~10-7mm;结合虚拟样机技术,验证了该并联机器人运动学优化求解方法的可靠性,适用于3-URS并联踝关节康复机器人。     

耦合型3自由度并联稳定平台机构及其运动特征

基于舰船摇荡运动的耦合特征,采用耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构作为舰载稳定平台机构,实现了稳定平台三轴驱动、动平台五轴联动补偿的目标．运用螺旋理论分析了机构的自由度和运动特征, 并讨论了输入关节选取的合理性|采用坐标等效运动的方法,建立机构耦合运动约束方程,得到了位置解及工作空间．本文将耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构用于舰载稳定平台五轴联动补偿,拓展了少自由度并联机构的应用领域．     

基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析

基于踝关节的生理解剖结构和运动特性分析,提出了一种适用于踝关节康复的3自由度3-UPS/RRR并联机构.该机构采用三个主动支链倾斜布置避开了机构的奇异位形,能满足踝关节康复运动需要,同时约束支链和动平台的设计使机构的转动中心与患者的踝关节转动中心重合.应用解析法得到了机构的位置反解,建立了速度雅可比矩阵和静力雅可比矩阵,求解了机构的工作空间.基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能和静力学性能.结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性、刚度特性和力矩传递性能.最后运用牛顿-欧拉法建立了机构的逆动力学方程,得到了驱动力、约束力与运动参数的关系,并给出了仿真实例.     

基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究

为辅助对患肢进行高强度标准化康复训练工作,研制了一种基于外骨骼原理的可穿戴式4自由度上肢康复机器人.该康复机器人可实现肩关节水平方向外展/内收、竖直方向上摆/下摆和旋转运动以及肘关节的屈/伸运动.首先根据康复医学原理确定出人手臂各关节的运动角度范围,并在确保驱动力矩最小的原则下进行结构设计.然后,对各结构进行了运动学与动力学仿真分析,并据此对结构进行优化.最后,设计了康复机器人在连续被动康复运动(CPM)模式下的控制系统.实验结果表明,此结构方便穿戴于人体,机器人的运动自由度与人体运动自由度同轴,能有效地对患肢前、后臂各部位进行支撑和牵引,精确地施加牵引力于上肢的各关节.     

一种单动力三杆两足移动机构

提出一种新概念移动机构．其机器人特征为具有两个足,能够两足接地实现类似步行的步态．其机构学特性为：是一种开链串联三杆机构;由3个机件和2个转动副组成;具有2个自由度;仅用一个动力机进行驱动,是一种欠驱动机构．进行了步态分析,并通过计算机仿真进行了验证．进行了稳定性分析,并对该两足移动机构的概念进行了拓展．制作了两台样机,实现了期望的移动．     

63A式水陆坦克驾驶训练模拟器的姿态仿真

63A式水陆坦克驾驶训练模拟器是一个具有两自由度的水陆坦克模拟训练系统，其运动平台由驱动电机、曲柄机构、反馈机构、支撑机构和固定装置等组成。该文介绍该模拟器姿态仿真系统的设计、特点以及控制程序的开发和应用。