多形态并联下肢康复机器人设计与优化

关键词：下肢康复机器人  并联机构  运动学分析  性能分析  尺度综合

摘要：

      摘要 目的：针对脑卒中或其他原因所致需进行下肢康复训练的患者，设计一种基于2UPR-2UPS（其中：U代表万向铰，P代表移动副，R代表转动副，S代表球副）并联机构、具有三种模式的多形态杆长可变下肢康复机器人。 方法：首先，基于生物力学原理对机器人机构本体进行构型分析，应用旋量理论分析其自由度数目及类型，并利用封闭矢量法建立机构位置正、逆解数学模型。然后，建立机构运动/力传递性能评价方法，给出期望有效传递姿态工作空间和轻载有效传递位置工作空间的定义。针对不同训练模式给出相应优化目标函数，在此基础上应用差分进化算法对机构尺度参数进行优化。最后，应用Lissajous曲线进行康复训练轨迹规划，利用Matlab和Solidworks验证其运动学分析模型及优化结果的可行性与有效性。 结果：对于优化后的机构尺度参数，康复机器人的传递性能得到有效提升；仿真结果表明，康复机器人在不同模式下均能满足临床康复训练需求。 结论：在康复训练过程中，该机器人实现了能量传递效率的最大化；多形态的可调结构设计能够提升其适用面。

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