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并联2-UPS/RRR踝关节康复机构及运动性能分析
  • ISSN号:1002-0446
  • 期刊名称:《机器人》
  • 时间:0
  • 分类:TP24[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]北京工业大学,北京100124, [2]国家康复辅具中心,北京100176
  • 相关基金:国家自然科学基金(61273342);北京市自然科学基金(3132005,3113026).
中文摘要:

为了帮助患者恢复踝关节运动能力,在分析现有踝关节康复机器人机构的基础上,提出了一种简单、实用的3自由度2-UPS/RRR并联机构。该机构约束支链与动平台的设计,保证了机构的旋转中心与不同患者的踝关节旋转中心重合。计算了自由度,并应用解析法给出了机构的运动学逆解,建立了速度雅可比矩阵,通过对驱动参数的限定,求解了满足训练要求的机构工作空间。最后基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能,结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性和刚度特性。而且机构采用非冗余电动机驱动,结构简单,有效避免了支链间不必要的干涉,减小了整个机构的占用体积,相比当前的踝关节康复机构更具优势。

英文摘要:

In order to recover the motion ability of the patient’s ankle joint, a practical 3DoF (degree of freedom) 2-UPS/RRR parallel mechanism with simple structure is presented, based on the analysis on the mechanisms of existing robots for ankle rehabilitation. The mechanism center of rotation matches accurately with the center of rotation of each patient’s ankle, owing to the design of constraint branches and the moving platform in this paper. Inverse kinematics of the mechanism is solved using the analytical method by calculating the freedom of the mechanism, and thereby the velocity Jacobian matrix is established. Then, the workspace of the mechanism, which should meet all the training requirements, is solved by demarcating the driving parameters. Lastly, the kinematics performance of the mechanism is analyzed in simulation based on the Jacobian matrix. The results show that the mechanism is of favourable operability, flexibility and stiffness characteristics within the specified workspace. Moreover, the non-redundant electric motor is in simple structure, unnecessary interferences between the branches are effectively avoided, and the occupancy volume of the entire unit is distinctly reduced, which are superior to some existing ankle rehabilitation robots.

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期刊信息
  • 《机器人》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院沈阳自动化研究所
  • 主编:王越超
  • 地址:沈阳市南塔街114号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:jqr@sia.ac.cn
  • 电话:024-23970050
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-0446
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1137/TP
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊(2000年)
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11997