近年来中风患者日益增多,针对中风患者上肢康复训练等问题,提出了一种新型的上肢康复机器人,建立了该康复机器人的运动学反解方程,对"8"字形",0"字形",1"字形等典型康复轨迹进行了仿真与实验研究。首先建立运动曲线,并利用MATLAB编程生成轨迹曲线,其次在ADAMS环境中建立机构的虚拟样机,通过仿真可以看出速度和加速度平滑连接,没有突变现象,最后通过实验证明了机构的合理性以及运动学反解的正确性。该研究对后续的动力学以及控制系统的设计奠定了基础。

随着我国脑卒中患者数量不断增加,机器人技术在脑卒中患者康复训练中将被大面积运用,而康复机器人的轨迹规划能力将直接影响其使用性能和实践应用,针对此问题,以一种串并混联上肢康复机器人为研究对象,使用向量法对该康复机器人进行了逆运动学分析,提出了一种基于五次B样条曲线的规划算法对该康复机器人进行了轨迹规划,使用Matlab仿真了复杂三维康复运动曲线,并在自主研发的上肢康复机器人实验平台上进行了多种类型康复轨迹实验,实现了新型串并混联上肢康复机器人康复轨迹的个性化。结果表明,根据治疗师输入的康复点位序列,可以快速生成光滑、平顺的康复轨迹,并且在实验平台上准确执行,验证了轨迹规划算法的正确性、可行性。

随脑卒中等上肢运动功能障碍患者逐渐增多,上肢康复机器人的应用越来越广泛。针对现有上肢康复机器人存在质量较大、结构不紧凑、人机融合性差、移动不便以及仅适用于单侧肢体康复等问题,设计了一种满足左右两肢康复的通用型外骨骼上肢康复机器人。首先对上肢康复机器人整体结构采用SOLIDWORKS进行建模;其次围绕上肢康复机器人控制系统,阐述了机器人基于CAN总线的软硬件系统开发;最后,为验证设计的准确性,使用ADAMS进行了运动学和动力学仿真,加工出实物样机,进行多种模式的康复训练实验。实验结果表明所设计上肢康复机器人可满足患者康复训练需求。

针对上肢外骨骼康复机器人功能单一、拟人化程度低及对侧互换不便的问题,基于人体解剖学,呈模块化设计了一种10自由度外骨骼康复机器人;在6个主动自由度基础上,增加4个被动自由度,既可满足多关节组合训练,又可提升其柔顺性和普适性。介绍了10自由度外骨骼上肢康复机器人的结构与特点;通过D-H法,建立运动学方程,结合Robotics Toolbox验证了运动方程的正确性;在Adams中运用Step函数获得末端质心连续平稳的运动轨迹;最后,利用蒙特卡洛法将获得的工作空间云图与人体手臂末端运动范围进行对比,验证了其工作范围的合理性。研究表明,该外骨骼康复机器人结构设计方案与数学模型可行且正确。

针对脑卒中患者如何进行上肢康复训练问题,设计一款可穿戴式六自由度的上肢康复机器人。首先根据上肢骨骼的结构分析,利用SolidWorks设计出六自由度上肢康复机器人三维模型。其次建立上肢康复机器人D-H坐标系计算出末端位置坐标,在Adams中设置驱动函数对上肢肩、肘、腕关节进行模拟运动。最终使用Matlab机器人工具箱对上肢康复机器人进行五次多项式轨迹规划,验证了设计合理性。结论表明所设计的六自由度上肢康复机器人具有康复训练的效果。

设计了一种上肢康复机器人,其运动部分采用大L形悬臂梁结构来实现,因而其静态刚度和转动惯量的最小化是该机器人结构优化的主要目标。根据人机肩关节轴对齐度的要求,确定了静态刚度满足的条件;通过拓扑优化计算,对运动结构件进行了轻量化设计。通过对比优化前后的结构,表明修改后的结构力学性能明显改善,完全满足设计要求。

为了满足脑卒中患者日常需求,更好地进行康复训练,设计一款可穿戴式的上肢康复机器人。通过SolidWorks结合人体上肢结构进行整机结构设计,运用MATALB建立起上肢康复机器人的数学模型并进行运动学分析,得出上肢康复机器人各个关节的旋转角度关系,再进行数据验证和可达空间位置分析。验证和分析结果可以满足患者的日常需求。基于五次多项式插值算法对上肢康复机器人进行“取杯子”任务的轨迹规划和模拟仿真,仿真结果满足设定要求,可为患者提供良好的康复训练。同时计算和仿真数据为康复机器人运动控制提供数据支持。

针对绳驱动存在的弹性易滑动、误差易累积等问题,提出了一种“钢丝绳+齿形带”的广义驱动方式,将电动机加齿轮、减速器代表的传统刚性动力传递转化为柔性传递.计算得出了钢丝绳拉力大小;运用摩擦力补偿法分析钢丝绳与绳外软管之间的摩擦因数,得出钢丝绳摩擦力与负载的关系.将同一根钢丝绳与绳套的组合进行不同弯曲度的试验;改变钢丝绳在软管中的长度,并于末端施加负载;在固定板上安装钢丝绳,测量拉力及摩擦力的大小进而确定钢丝绳型号.应用ADAMS对绳驱动关节的钢丝绳进行仿真分析.结果表明弯曲程度对钢丝绳摩擦力影响可忽略;钢丝绳摩擦力与其长度、负载大小都成正比;仿真验证了理论分析正确性.试验得到绳最大紧边压力为8N,实际摩擦力7.6N;钢丝绳选用304不锈钢,直径定为1.5mm,最大承重25kg.