绳索驱动腕部并联康复机构设计与逆运动学分析

作     者：张邦成 刘帅 喻俊志 庞在祥 张曦予 ZHANG Bang-cheng;LIU Shuai;YU Jun-zhi;PANG Zai-xiang;ZHANG Xi-yu

作者机构：长春工业大学机电工程学院长春130012 长春工程学院机械与汽车工程学院长春130012 北京大学工学院先进制造与机器人系北京100871 

基　　金：国家自然科学基金(51875047,61873304) 吉林省科技厅创新团队(20200301038RQ) 吉林省教育厅(JJKH20200658K)资助项目 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第5期

页      码：57-68页

摘      要：针对现有腕部康复机构运动范围小,存在柔顺性和舒适性差等问题,提出一种新型绳索驱动、压缩弹簧支撑的柔性并联腕部康复机构。机构定平台、动平台由三根绳索和压缩弹簧连接,弹簧用来模拟腕骨与韧带复合体,起支撑并限制与掌骨相对应的动平台运动;动平台模拟掌骨末端,定平台模拟桡骨和尺骨末端;三根绳索模拟肌肉来驱动并联机构。考虑弹簧轴向位移以及柔性问题,基于有限转动张量法和力与力矩平衡分析方法,构建系统逆运动学数学模型,得到运动学和静力学联合求解的非线性方程组。通过对机构模型分析,完成0~75°下各绳索长度和拉力的数值求解。通过仿真与试验得到人体腕部生理运动空间和机构有效工作空间,验证了机构的合理性和分析方法的正确性。所提出的求解方法对康复机器人和绳索驱动并联机构设计具有积极的促进作用。

主 题 词：腕关节 绳索驱动 柔性 并联机构 联合求解 工作空间 

学科分类：080503[080503] 08[工学] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.3901/JME.2022.05.57

馆 藏 号：203110684...