五自由度上肢康復(fù)機(jī)器人數(shù)學(xué)建模與仿真.pdf

1、上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它以偏癱上肢的運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，融合了康復(fù)醫(yī)學(xué)、人體解剖學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及機(jī)器人學(xué)等諸多學(xué)科技術(shù)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本課題研究的是一種外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，它的各關(guān)節(jié)與人的關(guān)節(jié)相一致，可以模擬手臂的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使用時(shí)通過(guò)與患者上肢固定在一起，帶動(dòng)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，使上肢有運(yùn)動(dòng)障礙的病人得到恢復(fù)。
　　本文研究的上肢康復(fù)機(jī)器人具有五個(gè)自由度，與人體手臂的運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)。根據(jù)中

2、國(guó)成年人上肢的運(yùn)動(dòng)范圍確定了康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸，并留有一定余量，以適應(yīng)不同身高的患者。為了達(dá)到理想的康復(fù)效果，對(duì)康復(fù)機(jī)器人的控制精度有嚴(yán)格的要求，所以在對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的研究過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立至關(guān)重要。
　　本文在坐標(biāo)變換理論的基礎(chǔ)上，利用D-H法分別對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了上肢康復(fù)機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。通過(guò)對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，將機(jī)器人簡(jiǎn)化為一個(gè)空間三自由度機(jī)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(gè)關(guān)節(jié)的廣義驅(qū)動(dòng)力矩的表達(dá)式，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了整理和比較，得到用凱恩方程法建立動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算量小，計(jì)算效率高，為康復(fù)機(jī)器人的控制研究奠定了理論基礎(chǔ)。應(yīng)用Matlab仿真軟件中的SimMechanics工具箱，按照實(shí)際機(jī)器人參數(shù)，建立了上肢康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)比較仿真模型與理論計(jì)算得出的末端軌跡，驗(yàn)證了本文建立的模型的正確性，模擬了康復(fù)機(jī)器人針對(duì)不同患者