混合驅(qū)動腰部康復機器人設計與力學分析.pdf

1、目前，越來越多的人由于長時間坐立導致腰部疾病或腰部運動受限，且病人呈現(xiàn)年輕化趨勢，而且傳統(tǒng)的治療方法依賴于康復醫(yī)師的經(jīng)驗和徒手操作技術(shù)，效率低下，費時費力。因此，設計一種智能化的腰部康復機器人具有重要的意義和價值。本文提出一種結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、適應性強的腰部康復機器人，并對其進行了運動學、靜力學以及動力學分析，在此基礎之上還進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和控制系統(tǒng)設計以及軌跡規(guī)劃。
　　首先，根據(jù)人體腰部運動特點和其復雜結(jié)構(gòu)分析，確定了腰部

2、康復機器人的功能需求，并結(jié)合柔索和氣動人工肌肉的驅(qū)動特性進行了機器人基本結(jié)構(gòu)的設計。隨后，根據(jù)腰部康復機器人結(jié)構(gòu)特點和功能將其分為腰部訓練裝置和下肢牽引裝置分別進行力學分析和優(yōu)化。其中在運動學和靜力學分析過程中將人體腰部看成彈簧考慮進腰部訓練裝置的一部分;下肢被看成剛性桿件考慮進下肢牽引裝置結(jié)構(gòu)的一部分。
　　接著利用拉格朗日法分別建立了腰部訓練裝置和下肢牽引裝置的動力學模型，并利用McKibben模型求出了氣動人工肌肉組件產(chǎn)生的

3、拉力與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的表達式。
　　為了得到性能最佳的混合驅(qū)動腰部康復機器人，對其結(jié)構(gòu)進行了基于運動學與靜力學分析的參數(shù)優(yōu)化。腰部訓練裝置的優(yōu)化中主要考慮了氣動人工肌肉的收縮率的影響。利用粒子群算法對下肢牽引裝置在工作空間內(nèi)的全局條件數(shù)進行了了優(yōu)化，并利用求解結(jié)果對下肢牽引裝置在可行工作空間內(nèi)的靈巧度進行了仿真和討論。
　　最后，為了滿足不同類型的康復患者的不同康復需求，設計了腰部康復機器人的控制系統(tǒng)，包括傳感器的選擇和布置