人体上肢康复训练机器人机构的综合与研究

本文结合少自由度并联机构的研究，在分析目前人体上肢康复训练机器人机构研究现状的基础上，设计了一款人体上肢康复训练机器人机构，并解决了运动学计算、工作空间分析以及运动仿真等问题，本文的主要研究内容有： 首先，分析了人体上肢的基本结构，主要包括人体上肢尺寸、结构和关节坐标变换，并在此基础上分析人体上肢康复训练机器人机构建立的条件，从康复治疗理论到人体上肢康复训练机器人机构方案的提出，做了详细赘述，同时提出了设计和安全性要求。 其次，结合目前广泛受到关注的少自由度并联机构和普遍使用的四杆机构，提出人体上肢康复训练机器人机构的方案，即3-RRS机构与曲柄摇杆机构进行组合，用3-RRS机构实现肩关节的康复训练，曲柄摇杆机构实现肘关节和腕关节的康复训练。根据成年人人体上肢平均尺寸计算3-RRS机构与曲柄摇杆机构的理论尺寸，并采用SolidWorks软件建立了机构的三维模型。 再次，由于3-RRS机构与曲柄摇杆机构独立使用，故分别对3-RRS肩关节康复训练机器人机构和曲柄摇杆肘关节、腕关节康复训练机器人机构进行位置正逆解、速度和加速度的分析。在对该机构运动分析的基础上，采用Matlab软件仿真编程计算了3-RRS机构的工作空间，同时应用Adams软件计算了平面运动的曲柄摇杆机构的工作空间，并进行相关分析。 最后，输入3-RRS肩关节康复训练机器人机构的驱动函数，用UG软件仿真出滑槽内移动手柄的运动位移、速度和加速度曲线，绘制手柄的实际轨迹，与Matlab编程计算结果的一致性说明了理论计算的正确性，得出3-RRS机构能够实现肩关节的康复训练。然后对比曲柄在不同输入转速下，用SolidWorks软件输出的各个标记点的位移、速度和加速度曲线与理论计算结果相一致，由此说明理论计算的正确性，为曲柄摇杆机构实现人体上肢肘关节和腕关节的康复训练提供了可能。