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基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析
  • ISSN号:0254-4156
  • 期刊名称:《自动化学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP[自动化与计算机技术]
  • 作者机构:[1]北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京100124, [2]北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室,北京100124, [3]国家康复辅具研究中心,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)资助
中文摘要:

基于踝关节的生理解剖结构和运动特性分析,提出了一种适用于踝关节康复的3自由度3-UPS/RRR并联机构.该机构采用三个主动支链倾斜布置避开了机构的奇异位形,能满足踝关节康复运动需要,同时约束支链和动平台的设计使机构的转动中心与患者的踝关节转动中心重合.应用解析法得到了机构的位置反解,建立了速度雅可比矩阵和静力雅可比矩阵,求解了机构的工作空间.基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能和静力学性能.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、刚度特性和力矩传递性能.最后运用牛顿欧拉法建立了机构的逆动力学方程,得到了驱动力、约束力与运动参数的关系,并给出了仿真实例.

英文摘要:

Based on the physiological anatomical structure and movement characteristics analysis of human ankle joint, a 3 degree of freedom (DoF) 3-UPS/RRR ankle rehabilitation parallel mechanism is presented. Its three active branched chain inclination arrangement avoids the singular configuration of the mechanism and meets the required ankle rehabilitation workspaces. By means of constraint branches and the moving platform, the mechanism center of rotations matches the patient's ankle center of rotations. Inverse kinematics is solved analytically velocity Jacobian matrix and statics Jacobian matrix are established, and mechanism workspace is coped with. Moreover, in view of Jacobian matrix, kinematics performance and statics performance of the mechanism are analyzed and simulated. The result shows that the mechanism is of favorable operability, flexibility, and stiffness characteristics, and its torque transmission is within the specified workspace. Lastly, inverse dynamics equations of the mechanism are modeled by Newton-Euler formulation; the relationship among driving forces, constraint forces and motion parameters are obtained. A computational example is provided.

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期刊信息
  • 《自动化学报》
  • 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 中国科学院自动化研究所
  • 主编:王飞跃
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:aas@ia.ac.cn
  • 电话:010-64019820
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4156
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2109/TP
  • 邮发代号:2-180
  • 获奖情况:
  • 1997年获全国优秀期刊奖,1985、1990、1996、2000年获中国科学院优秀期刊二等奖,2002年获国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,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:27550