中醫(yī)推拿機器人末端執(zhí)行器的機型選擇與運動學性能研究.pdf

1、中醫(yī)推拿是一種行之有效的醫(yī)療保健手段,至今已有2千多年的發(fā)展歷史,一直是緩解和治療各種慢性疼痛最為有效的手段之一。然而,時至今日在推拿手法的推廣過程中,各大醫(yī)院的臨床治療仍由有經驗的推拿師人工進行。推拿工作勞動強度大,推拿療效取決于推拿醫(yī)師的技術熟練程度、推拿經驗和推拿手法的力度、位置等多種人為因素,從而阻礙了該項技術的發(fā)展與推廣應用。因此,研制中醫(yī)按摩機器人以代替推拿師的人工勞動對于提高人們的生活質量和幸福指數具有重要的現(xiàn)實意義和實用

2、價值。
　　 本文在國家863項目的支持下,對中醫(yī)按摩機器人末端執(zhí)行器的機構型式及主要運動學性能進行了研究。提出將串聯(lián)機械臂與并聯(lián)末端執(zhí)行器機構配合使用,完成推拿手法中按、揉、滾、拍、振等主流動作。其中,串聯(lián)機械臂實現(xiàn)機器人按摩位置的初步定位和對末端執(zhí)行器進行姿態(tài)調整,并聯(lián)末端執(zhí)行器機構實現(xiàn)沿自身軸線方向的平移和繞與軸線方向垂直的平面內的一維轉動。該混聯(lián)中醫(yī)按摩機器人結構簡單,工作空間大,轉動靈活,剛度高,動平臺擺動角度大,能較

3、好地滿足推拿操作特性要求。論文的主要研究工作如下:
　　 第一,以實現(xiàn)按、揉、滾、振、拍主流推拿手法為目的,依據推拿手法的運動學特征,對中醫(yī)推拿機器人進行了整體方案設計。串聯(lián)機械臂(含龍門架)實現(xiàn)機器人按摩位置的初步定位和姿態(tài)調整,安裝在機械臂終端的并聯(lián)末端執(zhí)行器實現(xiàn)一平移一轉動兩自由度運動。基于并聯(lián)機構機型創(chuàng)新設計理論,完成了末端執(zhí)行器主體并聯(lián)機構的選型,并用ADAMS驗證了該機型的運動學特性。
　　 第二,對所選末端

4、執(zhí)行器的并聯(lián)機構進行了位置正反解分析,通過對位置方程求導,得出機構的速度、加速度正反解數學表達式,利用MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真對得出的理論結果進行驗證分析?；诜唇饽Ｐ?運用蒙特卡羅思想及三維網格搜索法得到機構的工作空間。運用Jacobian代數法,對機構的奇異位形進行了分析,得出機構出現(xiàn)奇異位形的類型和條件。
　　 第三,采用傳遞矩陣法研究由靜態(tài)誤差引起的推拿機器人末端位姿誤差?；跈C器人末端執(zhí)行器位置反解結果,通過全

5、微分誤差分析理論,建立誤差模型,進行求解計算,構造了機器人末端執(zhí)行器并聯(lián)機構輸出位姿誤差與各誤差源之間的對應關系。重點研究了桿長誤差、驅動誤差和運動副問隙誤差對機構精度的影響,得出桿長誤差對末端執(zhí)行器精度的影響最大。
　　 第四,根據中醫(yī)推拿手法的施力及負載要求,合理設計了中醫(yī)推拿機器人末端執(zhí)行器的硬件和軟件系統(tǒng)。以小型化、輕量化和實用性的設計理念,對末端執(zhí)行器進行了設計和優(yōu)化。通過對中醫(yī)推拿機器人樣機進行試制、調試和實驗,表明