基于球面并聯(lián)機構(gòu)的ALS頸椎外骨骼理論分析與設(shè)計.pdf

1、本文旨在設(shè)計一種ALS（amyotrophic lateral sclerosis，肌萎縮側(cè)索硬化癥）頸椎外骨骼，該機構(gòu)的原型屬于球面并聯(lián)機構(gòu)的一種，對其進(jìn)行理論研究與優(yōu)化設(shè)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(shè)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(zhuǎn)的頸椎外骨骼，不僅可以填補目前頸椎外骨骼技術(shù)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(gòu)的構(gòu)型，針對實現(xiàn)ALS患者頸部運動的功能目標(biāo)，提出了ALS頸椎外骨骼的優(yōu)選準(zhǔn)則，最終確定了以3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu)作為ALS頸椎外骨骼的機構(gòu)原型。建立頸椎外骨骼機構(gòu)原型坐標(biāo)系，并確定了四個主要設(shè)計參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，運用球面解析理論對頸椎外骨骼進(jìn)行位置分析，并通過繪制輸入和輸出之間的關(guān)系曲線來驗證位置分析的正確性。
　　在位置分析的基礎(chǔ)

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(gòu)的特殊性，可由虛功原理直接得到驅(qū)動力矩和運動平臺所受的外力矩的關(guān)系方程，從而得到該機構(gòu)的力雅可比矩陣。在Gosselin提出的全域性能指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了四種評價性能指標(biāo)作為判斷ALS頸椎外骨骼性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，分析了頸椎外骨骼在不同結(jié)構(gòu)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(shè)計參數(shù)下截面工