混合驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與力學(xué)分析.pdf

1、目前，越來越多的人由于長(zhǎng)時(shí)間坐立導(dǎo)致腰部疾病或腰部運(yùn)動(dòng)受限，且病人呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)，而且傳統(tǒng)的治療方法依賴于康復(fù)醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)和徒手操作技術(shù)，效率低下，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，設(shè)計(jì)一種智能化的腰部康復(fù)機(jī)器人具有重要的意義和價(jià)值。本文提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)的腰部康復(fù)機(jī)器人，并對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)之上還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及軌跡規(guī)劃。
　　首先，根據(jù)人體腰部運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和其復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析，確定了腰部

2、康復(fù)機(jī)器人的功能需求，并結(jié)合柔索和氣動(dòng)人工肌肉的驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行了機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。隨后，根據(jù)腰部康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能將其分為腰部訓(xùn)練裝置和下肢牽引裝置分別進(jìn)行力學(xué)分析和優(yōu)化。其中在運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)分析過程中將人體腰部看成彈簧考慮進(jìn)腰部訓(xùn)練裝置的一部分;下肢被看成剛性桿件考慮進(jìn)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(xùn)練裝置和下肢牽引裝置的動(dòng)力學(xué)模型，并利用McKibben模型求出了氣動(dòng)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(dá)式。
　　為了得到性能最佳的混合驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于運(yùn)動(dòng)學(xué)與靜力學(xué)分析的參數(shù)優(yōu)化。腰部訓(xùn)練裝置的優(yōu)化中主要考慮了氣動(dòng)人工肌肉的收縮率的影響。利用粒子群算法對(duì)下肢牽引裝置在工作空間內(nèi)的全局條件數(shù)進(jìn)行了了優(yōu)化，并利用求解結(jié)果對(duì)下肢牽引裝置在可行工作空間內(nèi)的靈巧度進(jìn)行了仿真和討論。
　　最后，為了滿足不同類型的康復(fù)患者的不同康復(fù)需求，設(shè)計(jì)了腰部康復(fù)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括傳感器的選擇和布置