空间四自由度串并混联下肢康复机器人设计与分析.pdf

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1、第53卷第13期20l7年7月机械工程学报JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVbl．53JuLNo．132017DoI：10．3901，JME．2017．13．048空间四自由度串并混联下肢康复机器人设计与分析冰史小华1任岭雪2廖梓宇1朱家增1王洪波1(1．燕山大学机械工程学院秦皇岛066004；2．中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055)摘要：脑卒中和其他原因导致下肢运动障碍患者数量增多，科学的康复训练是降低致残率的有效手段，而康复医师严重不足是当前的主要矛盾，改善和提高上述患者的生活质量既是患者的需求，也是亟需

2、解决的社会问题。针对下肢运动障碍患者在不同康复阶段的训练需求，提出一种串并混联结构的下肢康复机器人，该机器人包括两个(uPs—uPu—u)&RR结构的4DoF机械腿、连接架和座椅，患者可坐、躺和站三种姿势进行康复训练。建立该机器人的三维模型，并对其具体结构进行详细介绍，基于螺旋理论对该机构自由度进行分析，建立矢量约束方程对其运动学正反解进行分析，结合ADAMs软件，仿真验证了对该机构自由度和运动学理论分析的结果。该研究成果为今后样机的研制奠定了理论基础。关键词：下肢康复机器人；串并混联机器人；康复训练；运动学；ADAMS仿真中图分类号：TP242

3、Design&Analysis0ftheMechanicalSystemforaSpacial4·DoFSeries—parallelHybridLowerLimbRehabilitationRobotSHIXiaohualRENLingxue2LIAOZiyulZHUJiazen91WANGHongb01(1．SchoolofMechanicalEngineering，YanshanUniVers畋QiIllluangdao066004；2．ShellZhenInstitutesofAdVancedTechn0109y，ChineseAcade

4、myofSciences，ShellZhen518055)Abstract：It’sahot口otatoinsocialproblemthattherearelargenumberpatientswitlldisabilitiesandf宅werdoctors．accidentorotherdiseasearemeleadingcauseofdisabili哆．Inordertoreducethedisabil时mte，improvemequal毋oflife，meettheneedsofpatients，anewtyDelower1imbreh

5、abilitationrobotispresented．Therobotismadeupofattaclllnentbracket，aseatand伽o4DOFmechallicallegsWhichisbasedonseries-parallelhyb耐mechanics(UPs—uPu—u)&RR．Ithasnlree仃ainingmodelsasstandillg，lyinga11dsining．Itcanmeettheneedsofpatientsatdi丘色remstagesofrehabilitation仃aining．Thekine

6、maticsaIldDOFoftherobotareanalyzedbyconstmctingvectorconstminequationandscrewmeory．Theanalysisresuhisveri丘edbythesoftwareADAMS．Thisresultlaysthefbundationformakingprototypeinthe血ture．Keywords：lowerlimbrehabilitationrobot；series巾arallelhybridmbot；rehabilitationtraining；kinemat

7、ics；ADAMSsimulationO前言目前我国约有700万脑卒中患者，其中约70％～80％的患者需要接受康复治疗【lJ，脑卒中康复是降低致残率的关键环节uJ。脑卒中的三级康复可使患者回复日常活动能力p1(Activitiesofdaily1iving，ADL)，最新统计我国专业康复的技术人员不足4万人，其中40％是康复医师，35％是康复治疗师。所以当前我国的主要矛盾是肢体残障患者人数众+教育部博士点基金(20131333110006)和对发展中国家科技援助(KY20150l009)资助项目。20160824收到初稿，20170306收到修改

8、稿多，而康复医师缺口较大，康复医疗设备短缺，特别是技术含量高的智能康复设备严重短缺一J。改善和提高下肢瘫痪者的生活质量，既是患者和家属的