上肢康复机器人机械设计研究.docx

上肢康复机器人机械设计研究一、上肢康复机器人的结构设计在实际的上肢康复机器人开展工作的过程中其工作模式主要有主动训练与被动训练两种其中在主动训练模式中：是通过对电机实时力矩的检测以及空载力矩开展比较来对上肢的运动意图进行判断然后通过上位机的控制信号来对电机的运动实施控制从而有效的完成主动训练的相关任务这种训练模式在康复训练的中后期具有广泛的应用在时期通常患者的手臂已经具备了一定的运动能力在该使其制定出渐进性的运动训练计划为患者开展针对性的训练对于患者患肢的康复具有非常重要的作用；在被动训练模式中会对患者康复训练的轨迹与速度进行设定运动控制器对伺服电机通过所设定的参数来进行控制从而带动患者的患肢做一定速度与轨迹的康复训练这在康复训练的早期主要是以临床抢救为主要内容这能够有效的实现肢体的基本运动对于预防患者关节的变形与萎缩具有非常重要的作用。二、上肢康复机器人的运动学分析上肢康复机器人的机械手臂实质上是一系列的关节所连接起来的连杆机构所构成的其各个关节的结合关系可以应用D-H参数来进行藐视在实际的运行过程中首先需要对各个关节的坐标系来进行定义之后依据机器人的结构来对D-H参数表进行获取这里所说的D-H参数表主要有：转动关节角位移θ、杆件扭角α、移动关节线位移d、杆件长度a几个分量组成或者能够对某一杆件相对于前一杆件的位姿予以有效的描述。在康复机器人的运动学方程的求解过程中应用几何法来进行求解先应用前两个关节所确定的平面应用三角形公式推出前两个关节的解然后再应用已经解出的参数对子空间位姿矩阵进行求解最终能够求出第三个关节的解。三、上肢康复机器人的运动学仿真分析在上肢康复机器人的运动学仿真过程中应用Matab软件来开展数值分析使各个关节从初始位置开始以20度/s的速度开展10s的运动对末端点在基坐标各个坐标轴上的坐标值进行记录这能够得到机器人末端点的位移曲线然后应用ADAMS软件来开展机构的运动仿真。仿真机器人的机构模型是通过康复机器人的三维模型等效简化之后来进行导入其仿真结构等效于实际机构的运动结果另一方面应用ADAMS软件与Matlab软件能够得到机器人末端点的速度与相关的加速度曲线通过对所得到的曲线图进行分析发现末端点的位移与速度曲线的大小与性状都是相同的。通过对加速度曲线仿真图进行分析发现其在仿真的开始阶段存在震荡对震荡产生的原因进行分析主要是由于电机初始时的匀速设置所导致的加速度的突变这会导致出现震荡这也是理论与实际之间的误差1秒之后两者的加速度曲线的大小与形状也能够保持一致所以可以得出这样的结论：Matlab的计算结果能够与ADAMS的仿真结果基本保持一致这一结论的得出也成功验证了机器人运动学模型的正确性。在患者开展康复运动的过程中应用上肢康复机器人具有结构简单可靠、成本低的特点并且其具有良好的应用效果本文就主要对其机械结构设计、运动学分析以及运动学仿真进行了简单分析对于实际的上肢康复机器人的设计与应用具有一定的参考价值。作者：翟雁王立新单位：安阳工学院机械工程学院