踝关节章动式康复运动轨迹规划

作为一种常见的骨骼损伤方式,踝关节损伤的康复过程十分漫长。现有研究中规划的踝关节康复轨迹模式较单一、且容易造成踝关节的二次损伤。为避免踝关节的二次损伤,需要对其康复运动轨迹进行精心规划。有鉴于此,提出一种混联式踝关节康复装置,并提出一种基于章动原理的康复运动轨迹规划方法。结合踝关节康复运动的安全性要求,借助生物力学软件AnyBody分析了不同位姿下相关肌肉的活动度,进而确定了章动式踝关节康复运动轨迹的章动角。在此基础上,通过运动学推导,给出了混联式踝关节康复装置中各推杆的位移。最后,以所提混联式踝关节康复装置为对象搭建系统的运动控制平台,并通过激光跟踪仪对动平台上的运动参考点进行跟踪。理论和实测数据对比表明,所提章动式踝关节康复运动轨迹能实现跖屈/背屈、内翻/外翻的复合运动,并满足康复安全性要求。所设计的混联式踝关节康复装置及章动式康复运动轨迹可为踝关节患者的康复训练提供有效的解决方案。     

基于组合函数的脚踝康复机器人轨迹规划

针对所设计的混联式脚踝康复机器人的轨迹规划问题,对该机构并联部分的运动学逆解、轨迹规划方法、推杆输出控制进行了研究,提出了一种摆线函数和矩形函数相组合的康复轨迹,推导了其加速度、速度和位移的解析表达式。对比分析了该组合轨迹函数和传统摆线形式的轨迹函数对脚踝康复机构运动启停平稳性、最大速度、最大加速度以及刚性冲击的影响;最后,根据运动学逆解,计算了康复机构作跖屈/背屈运动时各推杆的输出量,并将其导入ADAMS进行了仿真实验,探讨了不同组合函数下各推杆的运动参数以及末端参考点的运动轨迹。研究结果表明:采用组合函数形式轨迹的新型混联式脚踝康复机器人能为患者提供一种启停平稳性较好,最大速度/加速度小、刚性冲击较小的康复运动。