五自由度上肢康復機器人數(shù)學建模與仿真.pdf

1、上肢康復訓練機器人是醫(yī)療機器人的一個重要分支，它以偏癱上肢的運動再學習理論為依據(jù)，融合了康復醫(yī)學、人體解剖學、機械學、計算機科學及機器人學等諸多學科技術，是當前國內外研究的熱點。本課題研究的是一種外骨骼式上肢康復機器人，它的各關節(jié)與人的關節(jié)相一致，可以模擬手臂的運動規(guī)律，使用時通過與患者上肢固定在一起，帶動患者進行康復訓練，使上肢有運動障礙的病人得到恢復。
　　本文研究的上肢康復機器人具有五個自由度，與人體手臂的運動相適應。根據(jù)中

2、國成年人上肢的運動范圍確定了康復機器人的結構尺寸，并留有一定余量，以適應不同身高的患者。為了達到理想的康復效果，對康復機器人的控制精度有嚴格的要求，所以在對上肢康復機器人的研究過程中，運動學模型的建立至關重要。
　　本文在坐標變換理論的基礎上，利用D-H法分別對上肢康復機器人進行了運動學分析，得到了上肢康復機器人的正逆運動學方程。通過對上肢康復機器人機械結構特點及運動特性進行分析，將機器人簡化為一個空間三自由度機械手，利用拉格朗日

3、方程法、牛頓-歐拉方程法和凱恩方程法分別求解了三個關節(jié)的廣義驅動力矩的表達式，并對結果進行了整理和比較，得到用凱恩方程法建立動力學模型計算量小，計算效率高，為康復機器人的控制研究奠定了理論基礎。應用Matlab仿真軟件中的SimMechanics工具箱，按照實際機器人參數(shù)，建立了上肢康復機器人的運動學和動力學仿真模型，并對其進行仿真驗證。通過比較仿真模型與理論計算得出的末端軌跡，驗證了本文建立的模型的正確性，模擬了康復機器人針對不同患者