一种三自由度并联踝关节康复机构

在分析现有踝关节康复机构的基础上,提出一种基于3-UPU并联机构的新型踝关节康复机构,该机构具有3个自由度,能够实现踝关节的旋前/旋后、内翻/外翻运动,并且该机构的转动轴线可实现高度和角度方向的调节,从而使机构转动轴线与人体踝关节运动轴线更好的吻合,给患者带来更好的康复效果。求解了机构的自由度,运动学反解,并根据踝关节康复要求对机构尺寸进行确定,进一步求解了机构的工作空间,对机构的运动学进行了仿真验证和样机运动试验。     

并联3-RRS踝关节康复机构及运动分析

通过分析现有踝关节康复机器人所存在的缺陷。提出一种结构简单,能够同时完成主\被动康复运动、具有远程转动中心的对称3-RRS并联康复机构。该机构能具有三自由度定点转动功能,可以完成踝关节康相应的背屈\跖屈,外展\内收,内翻\外翻康复运动。运用螺旋理论分析了机构可以在工作空间内任意位姿都可以实现3维转动的机构学原理,并计算了机构的自由度。运用球面几何理论完成了机构的正反解的推导。通过数值算例,验证了机构是满足踝关节康复要求的。     

面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能

针对现有踝关节康复机器人运动特性与人体踝关节实际运动特性存在明显差异,导致人机相容性不理想的问题,基于高匹配度的U₁U₂型踝关节运动拟合模型,提出一种适用于踝关节康复且结构紧凑的四自由度广义球面并联机构。基于螺旋理论分析其运动及约束特性,论证其与踝关节运动拟合模型运动的一致性;分别建立机构的位置及姿态运动学模型,证明了该机构的位置与姿态之间运动学完全解耦;基于雅可比矩阵极其条件数分析,阐明该机构在纯背伸趾屈和纯内外翻运动中均具有运动学的完全各向同性性质,且在踝关节工作空间内具有较好的灵巧性及可操作度,并无奇异位形等病态位置存在,通过数据对比验证该机构具有较好的运动学特性,适用于踝关节康复。     

一种生物融合式踝关节康复机构设计分析

针对踝关节损伤后运动功能康复需求,设计了1种由包含弹性驱动的平面串并混联机构以及人体下肢构成的生物融合式康复机构。针对人机所构成的空间闭环,分析了机构中人体和机械的运动和受力,推导了踝关节康复角与机械机构输出间映射关系。结合影响系数法给出康复运动的力位平衡分析方法并通过踝关节内收/外展运动进行验证。以背屈/跖屈,外翻/内翻典型康复运动为例,对生物融合式康复机构中人体作用力,机械驱动量进行分析,并通过ADAMS仿真验证了上述分析方法的正确性。该生物融合式康复机构通过对机械驱动的位置控制即可实现踝关节康复运动的力/位混合控制,以实现患者安全康复训练。     

3自由度刚柔耦合并联踝关节康复机构设计及运动学分析

在研究踝关节康复运动机理的基础上,提出了一种3自由度刚柔耦合并联踝关节康复机构,以解决现有康复机构存在的柔顺性差、惯性冲击大等问题。求解了该并联康复机构的运动学正反解,验证了计算结果的正确性;进一步求解了机构的雅可比矩阵,分析了机构的绳索速度变化与动平台速度变化的关系,并对机构的位置变化及速度变化进行了仿真分析。结果表明,设计的机构运动平稳,可以满足踝关节康复训练的要求,也为后续控制系统的研发提供了理论基础。     

往复式交错平移脚踝康复机

脑瘫患者的康复成为当今社会的一大难题,而踝关节的康复是脑瘫患者康复的一个关键环节。同时一些运动员的脚踝损伤也是人们关注的焦点。本文以设计踝关节康复器械为研究目的,根据踝关节康复的需要以及相关的医学知识,详细的分析了踝关节的运动和康复方法。在此基础上,对踝关节康复器械机构进行了研究。     

一种新型并联式解耦踝关节康复机构及其优化

对踝关节功能损伤的患者,尤其是中风患者来讲,踝关节的康复是一项非常困难的问题。针对此提出一种新型并联式解耦踝关节康复机构,并基于中医康复疗法引入踝关节康复机构需要注重牵引功能的设计思路。所提出的机构能够同时实现单独转动康复(背屈、跖屈,外展、内收)和在牵引下转动的康复过程;利用螺旋理论分析机构在任意位姿下的自由度性质;推导出机构位置正反解,求解速度雅可比矩阵,并对机构进行奇异性分析;通过输出参数对解耦机构杆件尺寸进行优化,基于遗传算法给出数值算例,验证了机构工作空间满足踝关节康复运动的要求。     

(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。     

仿生踝关节辅助康复装置的运动建模分析

为实现踝关节辅助康复,开发了一种基于球销副的仿生踝关节辅助康复装置,该装置具有两个自由度,但能近似实现踝关节的三维运动。在介绍仿生踝关节辅助康复装置结构的基础上,对其进行了运动建模分析。针对结构采用的多种运动驱动模式,对刚柔组合驱动与刚性驱动模式分别进行建模分析,给出了相关计算公式,并采用Matlab软件进行了计算。研究过程为多运动模式的机构分析提供了参考。     

用于人体关节的P(2-RPS)&U可重构康复机构及运动学分析

基于人体关节运动机理和可重构理念,提出一种P(2-RPS)U可重构康复机构,通过锁定运动副,改变动平台的运动方式,可以分别实现对人体肘关节、膝关节和踝关节的康复训练。分析了P(2-RPS)U可重构康复机构的位置逆解,并基于螺旋理论分析了该机构的位置奇异性,得到机构的两个奇异位置,通过添加驱动的方式避免了奇异位置的发生。使用Adams软件对P(2-RPS)U可重构康复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人体肘关节、膝关节和踝关节康复运动的范围,满足受损关节的康复需求。     

踝关节康复训练并联机构构型及其运动学分析

在分析踝关节结构及运动方式的基础上,提出了一种3-RSS/S并联机器人方案用于踝关节康复治疗,并对其进行了位置逆解分析,得出了雅可比矩阵,为该机构的进一步分析、研发奠定了理论基础。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

基于球副的三自由度踝关节辅助康复装置逆运动学建模分析

为实现踝关节辅助康复,开发了一种基于球副的三自由度踝关节辅助康复装置。该装置采用中心球副作为支撑,3个S'PS'支链进行驱动,可形成工作平台的三维运动,能实现踝关节背屈/跖屈运动、内翻/外翻运动以及内收/外展运动。在介绍该仿生踝关节辅助康复装置结构的基础上,对其进行了逆运动学建模分析。针对系统可以实现的多种运动模式,分别进行建模分析,给出了相关计算公式,并采用Matlab软件绘制了工作平台运动转角与驱动电机转角的关系图线。研究过程为同类结构的机构分析提供了参考。     

基于刚柔混合驱动的仿生踝关节辅助康复装置的工作空间研究

介绍了一种基于刚柔混合驱动的仿生踝关节辅助康复装置,该装置具有两个自由度,但能近似实现踝关节的三维运动。为了分析该装置的康复效果,对其工作空间进行了研究。为此,首先给出了该装置的工作条件,对工作空间的约束进行了分析;然后,在此基础上建立了工作空间的数字化求解模型;最后,采用Matlab进行了踝关节辅助康复装置的工作空间计算。分析结果可以作为踝关节辅助康复装置优化结构、最终确定参数的依据。研究过程为多运动模式的机构的工作空间研究提供了参考。     

新型RR-RURU踝关节康复机器人机构的设计与分析

基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的运动螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性并给出其奇异位形;研究了机构的工作空间,得到其可达工作空间的三维图形。绘制出新型踝关节康复机器人的CAD模型,利用临床医学步态分析数据（CGA）得到其输出角位移曲线,并对其动力学进行了虚拟样机仿真。研究结果为该新型踝关节康复机器人的样机试制提供了理论基础。     

驱动支链完全解耦的可重构踝关节康复并联机构型综合

基于术后6～12周内的前、中、后期踝关节扭伤的康复运动需求,提出具有三种康复运动模式的可重构踝关节康复并联机构。首先,针对胫距关节和距下关节的轴线运动特征,研究踝关节康复运动切换机理和“双心”特性,提出符合踝关节自由度和轴线运动特性的六种融合支链;根据构型约束支链的选取方案,筛选出四种无约束支链。其次,基于旋量理论对六种融合支链进行过约束设计,验证符合实际需求的融合支链;根据传递力旋量与动平台运动轴线关系,提出一种驱动支链完全解耦优化方法,得到三种无约束驱动支链以及十二种机构构型,使得机构在三种康复模式中实现完全解耦。最后,通过ADAMS仿真验证机构的三种运动分支及完全解耦的正确性。可重构踝关节康复机器人依据患者康复需求采取对应康复模式,适用范围广,针对性强,控制简单。     

踝关节康复机器人设计及人—机运动映射分析

设计一种康复机器人以帮助病人实现踝关节的康复训练。在自由度分析的基础之上,所设计的康复机器人采用3-PUS/S型并联机构。采用旋量理论验证了康复机器人可以实现与踝关节相同的球面运动。通过运动学分析得到机器人的雅可比矩阵。为解决机器人回转中心与踝关节中心不重合的问题,进行了踝关节到康复机器人的运动映射分析。最后通过数值仿真对运动映射进行了验证。     

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。     

一种并联下肢康复机构的综合与分析

针对具有下肢运动障碍的偏瘫及脑卒中患者,提出一类基于并联机构的下肢康复机构,此类机构具有三平移的运动自由度,其结构关于单一平面对称.康复训练机构基于站姿康复,通过动平台带动踝关节的运动完成人体下肢康复训练,使康复训练形式多样化,康复过程中患者能够获得一定的适应性以及舒适性.基于螺旋理论型综合方法给出四种分支自由度为4的...