一种新型多位姿康复机器人机构设计与分析

针对临床缺少多位姿康复训练设备的现状,文章研制了一种新型多位姿康复机器人,该机器人能够满足偏瘫患者在卧、坐、站等不同位姿下进行康复训练。首先介绍了机器人各部分组成及机构设计方案,通过多位姿座椅、脚踏式训练机及运动底座的有机结合,实现了多种位姿的转换与训练轨迹的规划;然后在矢状面内建立了人-机模型,对其运动学、工作空间进行了分析;最后通过样机试验验证了该机器人工程实践的可行性。     

一种多位姿康复机器人的机构设计和分析

针对脑卒中失能患者日益增多、市场上缺少价格低廉且适用于社区和家庭的多位姿康复设备的问题,文章基于康复医学理论和机器人技术设计了一种贯穿整个康复期、轨迹可规划的多位姿康复机器人。首先对人机系统进行模型简化,并对其进行运动学分析,推导出各构件的运动方程和运动参数;然后对训练轨迹进行规划,并借助Matlab进行仿真分析;最后通过样机实验验证了康复机器人轨迹规划的可用性和安全性,该康复机器人能为康复治疗训练提供一定的指导。     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明：优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

前庭康复6-PSS并联机器人设计与ADAMS仿真

前庭功能损伤是运动功能障碍患者的一个主要病因.为帮助前庭障碍患者进行科学有效的康复训练,基于Stewart机构,设计了一种新型的直线电机驱动的前庭康复6-PSS并联机器人.建立了机器人运动学模型和拉格朗日方程动力学模型,求取了机器人运动学逆解.建立了机器人的ADAMS虚拟样机并开展仿真研究,仿真结果表明,机器人动平台最大加速度为1.2 m/s2,可有效刺激患者的前庭觉,进行前庭障碍患者康复训练内容.     

一种3-P(4U)并联机器人的运动学分析

分析了3—P(4U)这一新型并联机器人的结构特点及其能实现三维移动的机构学原理，推导了求解该机构的位置、速度、加速度的正、反解方程，并进行了数值验证，绘出了几种典型输入时动平台的运动特性曲线。     

一种新型四自由度并联机器人

提出一种用铅垂导轨上4个滑块作为原动件的新型四自由度并联机器人。该并联机器人的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该并联机器人的运动学建模方法,给出了运动学正、逆解,用Grassmann几何法分析了该并联机器人在其工作空间人不会出现奇异形位。基于该四自由度并联机器人可以非常方便地开发具有大工作空间的五轴联动数控机床。     

一种新型具有三维移动自由度并联机器人运动学分析

本文提出一种三自由度移动平台式并联机器人,这种机器人运动平台能够实现三维移动,具有较大的工作空间和较少的奇异位形,位置正反解均为封闭解。     

并联式踝关节康复机器人研究

针对目前踝关节康复机器人不同程度地存在机构自由度冗余、机构复杂、控制难度较大等问题,采用了一种3-RUPS/S型并联机构用以实现踝关节康复运动.对康复机器人机构进行设计,采用D-H法对机构的位置反解进行分析,得到其驱动杆长随姿态角度的变化关系.利用数值解析法进行位置正解分析,并结合电动推杆的电位器数据及姿态传感器检测的动平台姿态角的变化信息实施康复机器人样机的控制.实验结果表明,踝关节康复机器人能够带动踝关节进行康复训练,满足人体踝关节的运动需求.     

3-PRU并联机器人机构及其运动学

提出了一种空间3自由度并联机构3-PRU,该机构有动平台、定平台和三个连接支链组成,动平台相对于定平台有2个转动和1个移动。该机构是个过约束机构,结构简单、对称,刚度高,控制简单。文中建立了运动学方程,通过计算给出了位置反解和Jacobi矩阵。     

球坐标式3自由度并联机器人机构的运动学设计

研究一种球坐标式3自由度并联机器人机构的运动学设计,包括运动学反解、速度、考虑铰链转动范围和干涉等条件下的工作空间,和结构参数对工作空间的影响以及灵巧性能指标及其在保角变换平面上的分布特性,这些分析结果和结论对并联机器人机构的设计、轨迹规划和控制等有重要的指导意义.并联机构在并联机床、坐标测量机构和工业机器人等领域有广阔的应用前景.     

新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人

针对中风和脑外伤患者的运动功能障碍问题,设计了一种新型可穿戴式多自由度上肢康复机器人,采用气动肌肉驱动,能有效辅助患者完成肩伸、肩旋、肘伸以及指掌和指间关节的复合功能运动训练.最后,采用PID控制器进行了初步的临床实验,实现了各关节角度的参考轨迹跟踪.实验结果验证了所设计的上肢康复机器人的可用性和有效性.     

可移动式柔索驱动下肢康复机器人设计及分析

为了帮助下肢功能障碍患者开展康复训练,设计了一种可移动式柔索驱动下肢康复机器人.通过对小腿进行位姿控制和负载力控制,协助不同康复阶段的患者开展以任务为导向的被动、助力和主动模式的康复训练.在进行运动学建模、静力学建模及工作空间分析基础上,对机器人的构型进行分析和优化,并通过仿真验证了运动学模型的准确性.最后,使用基于2-范数的柔索拉力优化算法得出连续的柔索拉力.     

基于稳态视觉诱发电位的脑电控制上肢康复机器人

针对现阶段基于脑机接口(brain-computer interface,BCI)的康复机器人存在多目标分类时间长、识别准确率仍有待提升的问题,设计了一种由脑电信号控制的上肢康复机器人,对脑电信号中的稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked po-tential,SSVEP)分类,进而判断出受试意图并输出相应动作指令.基于MATLAB的Psychtoolbox工具箱设计了包含5个刺激矩形的频闪界面作为视觉刺激器,刺激大脑生成SSVEP信号,对应上肢康复机器人的5个控制指令.运用多导联同步指数(multivariate synchronization index,MSI)算法对采集到的信号进行分类并输出控制指令,机器人在接收指令后执行特定动作.实验得到的机器人动作正确率最佳为98.33％,平均信息传输速率为23.11 bit/min.结果表明:SSVEP信号控制的上肢康复机器人在辅助治疗的方面具有良好的应用前景,可以有效提高肢体偏瘫患者的康复效果.     

下肢康复机器人的设计与仿真分析

针对偏瘫患者在康复期缺乏合适训练器的问题,基于曲柄连杆机构上的点可实现椭圆轨迹的原理,设计了一款下肢康复机器人.此机器人可安装在普通椅子两边,带动偏瘫下肢做康复锻炼.首先进行了健康者坐在椅子上做类似于骑自行车的蹬腿运动实验,确定了蹬腿轨迹和腿部运动参数;运用Solidworks对此机器人进行三维建模,确定了合适的安装尺寸和安装位置;又运用ADAMS对其进行仿真,分析了使用它实现的轨迹形状、达到的轨迹幅度和下肢达到的锻炼角度情况.结果证明:这款机器人可以满足偏瘫患者进行下肢康复训练的要求,长期使用它进行锻炼可达到修复受损肌肉、增强肌肉活力的目的.     

四轴码垛机器人的机构设计及运动分析

针对物流自动化对高速码垛的需求,基于平衡吊原理设计了一种四轴码垛机器人,并对机器人臂部进行了运动学分析,得到了连杆机构参数优化关系式。该机器人在满负载运动下,垂直方向运动600 mm,水平方向运动1600 mm,腰部旋转60°时,工作能力可达800回/小时,重复定位精度可达±0.35 mm。实验结果证明,机器人能够满足物流自动化的需求。     

辅助上肢运动康复机器人技术研究

为了给上肢偏瘫患者的治疗提供有效的辅助工具,研制了一种新型神经康复机器人。该机器人采用二连杆机构模拟人体上肢,其中机器人大臂、小臂分别由两台伺服电机驱动,可以实现平面内的复合运动。另外,该机器人系统针对患者病情的不同阶段,可以提供相应的训练模式。对临床30名患者为期1个月的辅助治疗结果显示:病人对这种新的治疗方法不反感,上肢的运动功能得到明显改善,未发现其他副作用。     

一种下肢康复机器人机构及匀速训练方法的研究

针对下肢具有功能障碍的偏瘫或残疾患者,文章研制了基于五杆并联机构的新型坐式下肢康复机器人,建立了患者下肢与康复训练机构的人-机参数化模型,并利用闭环矢量法对模型进行运动学正、逆分析,推导出其运动学方程。根据运动学分析并利用Matlab进行编程,分段拟合得到匀速训练下曲柄角速度与时间的函数,并在Pro/E软件中进行验证,仿真数据表明该函数和运动学分析结果是正确的。     

下肢外骨骼机器人的设计及有限元分析

针对面向汽车生产线的装配环节,为装配工人设计了一种可穿戴式外骨骼机器人,不但可以降低工人发生肌肉骨骼损伤的风险,还能够提高工人的工作效率,符合我国工业发展的需求,具有良好的经济效益和应用前景。本文使用三维建模软件(Solidworks)进行三维模型的构建,并且针对髋关节、膝关节和踝关节进行了详细设计。在结构设计后使用有限元分析软件(Abaqus)对结构进行了静力学和前三阶的模态分析。静力学分析结果证明,所选的材料和所设计的结构满足实际要求。模态分析求解了前三阶的振型,并求出了振动频率,对于电机和减速器的选型提供了参考。     

一种柔索驱动手指康复机器人设计与动力学分析

本文基于脑卒中患者后续康复训练需求,设计了一种柔索驱动的手指康复训练机器人,通过UG和ADAMS建立机器人三维模型,模拟对患者进行康复训练过程配置仿真环境,并进行动力学仿真,分析仿真过程中手指三个关节与机器人系统的驱动柔索、滑块受力和力矩数据,表明康复机器人设计符合手指的康复要求,能够帮助患者进行康复训练,仿真结果显示正常工作时柔索受力为55N,计算输出扭矩最大值为0.22Nm,依次结果对驱动装置进行选型,为后续实验开展奠定基础