基于球面并聯(lián)機構的ALS頸椎外骨骼理論分析與設計.pdf

1、本文旨在設計一種ALS（amyotrophic lateral sclerosis，肌萎縮側索硬化癥）頸椎外骨骼，該機構的原型屬于球面并聯(lián)機構的一種，對其進行理論研究與優(yōu)化設計。
　　首先通過分析ALS治療方式和頸托的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)ALS的治療方式偏向于多種治療策略聯(lián)合，而且目前尚無為ALS患者專門設計的頸椎外骨骼。因此研制一種可以實現(xiàn)ALS患者頭部3個自由度旋轉的頸椎外骨骼，不僅可以填補目前頸椎外骨骼技術空白，還為ALS患者提供

2、新的聯(lián)合治療策略，具有重大意義。
　　本文以ALS頸椎外骨骼為研究對象，綜合分析球面并聯(lián)機構的構型，針對實現(xiàn)ALS患者頸部運動的功能目標，提出了ALS頸椎外骨骼的優(yōu)選準則，最終確定了以3-RRS球面并聯(lián)機構作為ALS頸椎外骨骼的機構原型。建立頸椎外骨骼機構原型坐標系，并確定了四個主要設計參數(shù)。在此基礎上，運用球面解析理論對頸椎外骨骼進行位置分析，并通過繪制輸入和輸出之間的關系曲線來驗證位置分析的正確性。
　　在位置分析的基礎

3、上，建立ALS頸椎外骨骼的速度輸入、輸出方程，從而得到速度雅可比矩陣。因為頸椎外骨骼機構的特殊性，可由虛功原理直接得到驅動力矩和運動平臺所受的外力矩的關系方程，從而得到該機構的力雅可比矩陣。在Gosselin提出的全域性能指標作為評價標準的基礎上，提出了四種評價性能指標作為判斷ALS頸椎外骨骼性能優(yōu)劣的標準，分析了頸椎外骨骼在不同結構參數(shù)下的性能圖譜。除此之外，還通過分析約束條件，采用邊界搜索的方法，對頸椎外骨骼的在不同設計參數(shù)下截面工