一种5R+异形3RPS的混联上肢康复机构研究

为解决现有上肢康复外骨骼结构复杂以及腕部康复效果不佳的问题,提出了一种5R+异形3-RPS的混联上肢康复外骨骼机构,可以实现7个自由度的上肢康复训练。建立康复外骨骼的整体运动学模型,将串联部分与并联部分结合,计算串联部分的位姿转换、腕部并联机构的位姿变换矩阵及整体机构的运动学反解。使用ADAMS软件对该康复机构进行运动学仿真分析,通过末端质心的位移、速度和加速度曲线的分析,证明了机构可以按照康复轨迹正确进行并且过渡安全稳定。通过10次重复实物模型试验,验证腕部所能达到的角度范围及运行的平稳性。腕部装置实际的活动角度范围可达到理想状态的（73～82）%,运行符合预期运动轨迹,验证了理论推导和结构设计的正确性和合理性。     

一种混联式上肢康复外骨骼结构设计与分析

针对现有上肢外骨骼存在的精度、稳定性与外骨骼体积之间的平衡问题,提出了一种8自由度的混联式上肢康复外骨骼机器人;设计了一种新型的2自由度肘部康复装置,代替传统的单自由度肘部外骨骼,旨在更好地实现上肢运动障碍患者的肘部训练;设计了一种共轴球面的3RRR/S机构,用于手部康复,可使手部的康复训练更具包裹性。根据混联外骨骼机构确立坐标系,使用矢量环路法建立机构刚体部分的运动学模型,并通过蒙特卡洛法绘制机构工作空间云图,验证其满足康复训练所需空间要求。最后,通过Matlab对一典型运动进行轨迹规划,在Adams获得末端质心运动平稳轨迹,验证了其运动学分析和结构设计的合理性;并通过约束多余自由度仿真其最大负载姿态,绘制其负载特性曲线,为驱动选取和样机搭建奠定基础。     

新型5自由度冗余混联机床的机构设计及运动学分析

提出了1种由3自由度冗余驱动并联机构4-UPS/PU,串联上二自由度X-Y运动平台来共同实现五自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现的3T2R运动原理,计算出该机构的自由度;利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。运用影响系数法建立了1阶运动影响系数矩阵-Jacobian矩阵,最后通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。     

基于高效率线接触加工的刀具运动机构的研究

针对高效率线接触加工曲面的生产要求,提出了一种刀具运动机构.以Denarit-Hartenbarg作为方法,研究了该机构的坐标变换矩阵、刀具位姿矩阵.其将为该机构的运动实现提供基础.     

3-UPS/PU-XY混联机床的机构设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型,运用螺旋理论分析机构的运动原理,算出了自由度,对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床的运动学特性分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性,研究表明,具有该结构的机床具有较大的工作空间,实现对大型工件的精密加工。     

一种少自由度飞行模拟运动平台误差分析

将一种少自由度并联机构3-PRS用作飞行模拟运动平台,为使该平台运动精度满足系统要求,对其进行误差分离与灵敏度分析。通过研究平台运动学逆解模型获得驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵,采用空间闭环误差矢量链的误差建模方法,对运动平台进行误差建模,获得各个几何误差源与终端输出位姿误差之间的映射函数,在所建立的全误差源模型的基础上,利用解析法去除冗余误差源后,借助驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵将影响该平台末端可补偿位姿误差的误差源和不可补偿位姿误差的误差源分离。最后,在整个运动空间内,借助灵敏度分析,获得影响末端不可补偿位姿误差源的全局灵敏度影响系数。根据灵敏度影响系数可指导前期设计阶段各零部件公差等级的选择以及装配阶段装配公差的确定,研究结果对同类少自由度并联机构具有指导意义。     

法兰自动对接空间位姿综合误差建模技术研究

以某火箭发动机尾喷口与燃烧室法兰端口自动对接为例,设计TTTRRR六自由度对接机构,结合海克斯康Leicaprobe自动激光跟踪仪获取位姿信息,并求解位姿调整参量。分析六自由度对接机构的X/Y/Z三个平动导轨,A/B/C三个转动轴的制造误差、安装误差、运动误差等共计42项误差,并分别对每个运动单元进行误差运动学分析,通过齐次坐标变换技术对尾喷口法兰位姿建立空间位姿实际与理想空间位姿变换模型,推导空间位姿综合误差模型及尾喷口位姿误差,并通过算例仿真验证方法。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

末端牵引式上肢外骨骼结构设计与运动学分析

针对上肢外骨骼关节互联性较差、智能化水平低、本体尺寸较大及制造成本较高等缺点,设计了一种结构简单、价格低廉且可批量定制的新型桌面式三自由度末端牵引式上肢外骨骼。首先,根据患者的康复功能需求,结合人体上肢的尺寸进行整体的结构设计;其次,使用有限元仿真软件Ansys Workbench对关键零/部件进行静力学仿真,优化零件刚度、强度及尺寸,从而验证外骨骼材料及尺寸的合理性;然后采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立坐标系,推导了正运动学并对末端位姿工作空间进行求解,并绘制了工作空间点云图;最后,使用Adams软件对末端牵引式上肢外骨骼进行了运动学分析。结果表明,末端牵引式上肢外骨骼结构设计合理,能够满足上肢运动功能障碍患者的康复训练要求。     

(2-SPS+PU)&R混联式踝关节康复机器人及运动学性能分析

基于踝关节康复机理及中医牵引疗法,提出一种(2-SPS+PU)R混联式踝关节康复机器人。该机器人不仅能实现踝关节的三维转动康复,还能实现踝关节沿小腿方向的牵伸运动。基于螺旋理论对2-SPS+PU并联机构自由度进行计算。采用闭环矢量法对其位置逆解及速度雅可比矩阵求解。使用ADAMS软件对(2-SPS+PU)R混联机构进行运动学仿真。仿真结果表明:该机构能够较好地达到踝关节康复所需的运动范围,即趾屈、背伸运动时的最大值分别为25°和20°;内收、外展运动时的最大值均为30°;内翻、外翻运动时的最大值均为20°;牵伸运动时的最大值为25 mm,满足受损踝关节的康复需求。     

人体骨盆位姿模拟机构的运动学分析及仿真

根据人体骨盆的运动规律,设计了一种4自由度人体骨盆位姿模拟机构.建立了人体骨盆位姿模拟机构的正运动学模型和逆运动学模型,并推导出了机构的雅可比矩阵.基于机构的运动学模型建立了仿真模型,并采用MATLAB/Simulink对人体骨盆位姿模拟机构进行了仿真分析.仿真结果表明:该机构方案是可行的,能够模拟人体骨盆的运动规律.同时仿真结果也验证了运动学模型的正确性.     

助行训练机器人骨盆位姿机构动力学分析

为了辅助偏瘫病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构,根据该机构的原理和组成,利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程,并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算,得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明:该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,通过控制x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩,可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。     

2URR-SRR-RUPUR并联式腿部康复机器人机构设计与运动性能分析

基于腿部关节康复机理,提出了一种2URR-SRR-RUPUR 4自由度并联式腿部康复机器人,该机构能够实现踝关节的外展和内收运动、膝关节的屈伸运动、髋关节的内旋和外旋运动以及腿部的牵伸运动。基于螺旋理论分析了该机构在一般位型和初始位型下的约束螺旋系和自由度性质。建立了2URR-SRR-RUPUR并联机构的运动学模型,采用闭环矢量法求解机构的运动学逆解并分析了机构的速度雅可比矩阵,在此基础上,对机构的工作空间和奇异性进行研究,得到了机构的工作空间图和奇异位型。基于腿部关节康复运动路径对机构进行轨迹规划,将规划结果采用SolidWorks Motion软件进行运动仿真分析,仿真结果表明,机构运动连续平滑,适合腿部康复运动训练,具备良好的应用潜力。     

摆幅可调型足部康复机器人的设计与运动学分析

提出了一种摆幅可调型足部康复机器人。根据踝关节运动方式和足底穴位分布,设计足部康复机器人的整体结构,并且重点介绍了摆幅可调传动机构的运动原理。运用反转法进行传动比计算,采用坐标变换法对机构踏板的位姿进行运动学求解,再通过位置逆解析得到踏板姿态角的运动方程。利用SolidWorks软件对虚拟样机进行运动学仿真,将仿真数据与理论数据对比,验证了理论分析的准确性和机构设计的安全性。最后,对摆幅调节的关键参数进行了分析。     

3SPS+1PS四自由度并联仿生平台运动学分析

针对3SPS+1PS对称型并联仿生平台,利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转一平4个自由度,当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性,避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动,基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化曲线为平滑曲线,说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。     

一种大摆角五轴联动混联机床设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度混联机构和二自由度运动平台组成的五轴联动混联机床构型,运用螺旋理论分析该机构的运动原理。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床构型的运动学特性进行分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。研究表明,具有该结构的机床可实现较大摆角的加工工作,刀具的摆角可达(-40°~90°),通过五轴联动和刀具的大摆角转动,可实现对复杂工件的五面精密加工。     

混联机床2自由度并联机构的设计分析

研究了一种平面2自由度并联机构,给出了该机构的运动学正逆解、速度雅可比矩阵、机构的奇异形位并对其工作空间关键点的灵巧性进行了计算分析。据此设计出了4自由度混联运动机床。该并联机构在农业机械、坐标测量和工业机器人等领域也有广阔的应用前途。     

基于四元数的6—UPS机构奇异性分析

采用四元数法描述6—UPS机构位姿矩阵,并把该矩阵和矢量坐标扩展为4维形式,推导出机构的运动方程,通过求导得到了机构运动的新型雅克比矩阵JA和JB,其中,JA是用四元数来描述并且不含超越变量。根据四元数的性质,把矩阵JA转化为8维方阵,使之适用于分析位置奇异和位姿奇异。分别把JA和JB的行列式展开,得到机构第一类奇异和第二类奇异的轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第一类位姿奇异轨迹和第二类位姿奇异三维轨迹曲面。实例验算证明了该方法所得矩阵求解方便的优点。     

下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析

下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。     

下肢外骨骼行走康复机器人研究与设计

外骨骼机器人是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置,提供保护、身体支撑和运动等功能。文中设计了一种外骨骼行走康复机器人,该外骨骼康复机器人单下肢具有3个自由度,利用较少却必须的自由度来实现行走,降低了机构的复杂程度,提高了装置的效率,借助此外骨骼辅助患者摆脱轮椅站立起来并行走,通过采集拐杖与地面的接触信息来控制膝关节和髋关节的屈伸运动,从而帮助患者实现跨步。