面向踝部康复的广义球面并联机构型综合

针对现有踝关节康复机器人难以充分拟合踝关节复杂运动,人机相容性较差的问题,提出一系列与踝关节实际骨结构匹配程度更高的串联等效拟合模型。为满足踝关节串联等效拟合模型对康复机器人机构本体的功能需求,给出一种具有串联等效拟合模型的广义球面并联机构型综合方法。首先枚举出广义球面机构的基本构件及运动副,并依此构造出广义球面支链。继而基于螺旋理论分析单支链以及多支链组合对动平台的约束性能,给出支链的组合条件与原则,阐明不同支链在机构中作用的异同,并依此归纳出位置支链和姿态支链两类广义球面基本支链。最后基于基本支链的约束特性,根据支链组合条件,综合出一系列适用于踝关节康复机器人本体研究的广义球面并联机构,并通过螺旋理论证明其与踝关节串联等效拟合模型的自由度数及性质具有一致性,为此类康复机器人本体设计提供理论依据。     

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。     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人.为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性.根据机器人具有...     

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。     

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。     

面向控制的3—RRR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础，针对3-RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求，提出了面向控制的高效迭代算法。利用机构运动连接性条件划分不同的控制阶段，当机构处于连续运动状态时，迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行迭算，缩短了单步迭代时间，当机构处于非连续运动状态时，使用变步长策略，引入调整量系数，抑制了大偏置初值带来的求解振荡。给出的算例证明，应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性，运算速度满足控制过程的实时性要求，该方法同样适用于其它少自由度并联机的正运动学求解。     

3-RRP球面并联机构的运动学分析

对具有三条RRP分支运动链的3-RRP球面三自由度并联机构进行了逆运动学分析。该结构比较简单,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。提出运用Rodriguez参数对并联机构末端运动进行更简单、快速描述的新思路,建立了3-RRP并联机构的位置逆解模型和雅可比矩阵,并由笛卡尔坐标的离散化对机构的工作空间进行了分析。研究结果为进一步研究此种并联机构的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义。     

面向控制的3-RRR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础 ,针对 3 - RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求 ,提出了面向控制的高效迭代算法。利用机构运动连续性条件划分不同的控制阶段 ,当机构处于连续运动状态时 ,迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行运算 ,缩短了单步迭代时间 ;当机构处于非连续运动状态时 ,使用变步长策略 ,引入调整量系数 ,抑制了大偏置初值带来的求解振荡。给出的算例证明 ,应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性 ,运算速度满足控制过程的实时性要求。该方法同样适用于其它少自由度并联机构的正运动学求解。     

移动副驱动的2-DOF球面并联机构运动学分析

提出了一种新型移动副驱动的二自由度球面并联机构,介绍了机构的基本特征并计算了其自由度,验证了该机构运动的确定性。该并联机构采用移动副驱动,具有定位准确、输出力大、容易控制的特点。借助球面解析几何理论,以杆长和共线为约束条件建立了机构的约束方程,采用解析法获得了该并联机构的位置正、逆解;利用求导的方法进一步得到该机构速度和加速度的正、逆解。研究结果丰富了球面并联机构的构型,为该并联机构的应用打下了理论基础。     

新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构动力学性能分析

提出了一种新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构,根据机构的几何约束关系和速度合成定理,建立包括各个构件位姿、速度的机构运动学模型。在此基础上,考虑各构件惯性力的影响,基于虚功原理和拉格朗日方程,建立了机构动力学模型。通过实验测量,得到一组人体踝关节的运动学数据,利用傅里叶公式进行拟合,得到人体踝关节的位姿函数。将此位姿函数分别作为理论模型、踝关节虚拟样机的输出,得到踝关节机构输入的数值解、仿真数据,验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了动力学理论基础和依据。     

一类2自由度n-4R并联指向机构的运动学分析

研究一类具有2个转动自由度的n-4R并联指向机构。这类机构具有3条以上的4R支链,在其运动过程中始终存在一个对称面,动、基平台以及各支链的上、下连杆所处平面关于此面对称。从其几何对称特性出发,通过用方位/倾角参数描述机构的姿态(指向),推导出这类机构简洁、统一的运动学模型。在此基础上,分别讨论该类机构伴随运动、工作空间与奇异位形,总结几何结构参数对运动性能的影响。通过一阶运动影响系数在工作空间中的分布研究机构的各向同性,据此对驱动支链的分布进行优化。所得结论可用于指导这一类并联指向机构的设计。     

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。     

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。     

一种用于腕关节的球面三自由度并联解耦机构位置分析

根据螺旋理论分析了并联球面解耦机构的自由度，应用空间球面解析理论，讨论了并联球面解耦机构的机构学特点，推导了位置正解及逆解，可以看出其解析形式简洁，便于分析和计算，为动力学和控制研究打下良好的基础。