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《机器人：一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构运动分析及仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、自动化技术与应用2005年第24卷第3期模式识别与仿真技术PattemRecognitionandSimulation一种新型三自由度下肢康复训练机器人*步态机构运动分析及仿真张晓超,张立勋,颜庆(哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:本文针对一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构,建立了运动学方程;进行了运动方程解算;利用Simulink数学仿真工具进行了运动学仿真;根据理论和仿真结果,讨论了机构几何参数对步态轨迹的影响;仿真结果表明该机构能够模拟步态运动轨迹及脚踝运动姿态;分析结果为机构的结构优化设计和控制系统设计提供了必要根据。关键词:康复训练机器人;步
2、态;运动学;仿真中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:10037241(2005)03003204GaitAnalysisandSimulationofa3-DOFRehabilitativeRobotZHANGXiao_chao,ZHANGLi_xun,YANQing(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Inthispaper,motionanalysisandsimulationstudyofthegaitmec
3、hanismofanovel3-DOFlowerlimbrehabilitativerobotarepresented.Optimumtrajectoryisobtainedbysolvingthemotionequationofthegaitmechanism.Simulationshowsthatthetrajectoryofthefootplatedependsonthegeometrysizesofthemechanism.Thenovelmechanismisfeasibletosimulatehuman!sgaittrajectoryandtheattitudeofankle
4、.Theanalysisresultsalsoprovidetheessentialdataforthefurtherstudyonstructuraloptimizationandthecontrolofthismechanism.Keywords:Rehabilitativerobot;Gait;Simulation;Motionanalysis1引言学研制的名为MGT型康复机器人模型,其步态机构采用的是[2][3]一种两自由度双曲柄摇杆机构;瑞士苏黎世联邦工业大学下肢康复训练机器人是一种通过对患者下肢进行运动训研制的LOKOMAT的康复机器人模型采用一种主动式步态矫练,实现其行走功
5、能康复的自动化医疗设备,用于下肢偏瘫、腿正装置(adrivengaitorthosis,简记DGO))带动患者的腿步在踏外伤、脊柱外伤等腿部运动功能障碍患者的康复训练。一般由[4][1]步机上训练;德国FRANHOFERINSTITUTIPK研究所提步态控制机构,重心调整机构和重力平衡机构组成。各个机[5]出采用绳驱系统来实现步态运动。构协调运转模拟人的行走状态,其中,步态机构带动患者脚部运本文提出一种新型三自由度下肢康复训练机器人,其步态动,实现步行时脚部的运动特征,包括脚的运动轨迹,脚的姿态机构原理图如图1所示。该机构有三个自由度,驱动件为相位等,从而避免了过去患者在电动踏步机上训练时
6、,必须由护理人差180度的左右曲柄(件3和件18),和左右丝杠螺母(件5,6,员协助患者的腿步或脚步运动;在减轻护理人员的劳动强度的10,14),末端件为脚踏板。该机构可分为两部分:主运动机构和同时,可提高患者训练的连续性,持续性和科学性。德国自由大脚姿态机构。主运动由主动曲柄,连杆4,17,滚轮7,12,地面支*项目受到国家教委留学回国人员科研启动基金和黑龙江省国际科技撑8,11构成,相当于曲柄滑块机构;曲柄转动一周,连接在连杆合作基金资助(wc03113)上的脚踏板回转中心相应走过一个类似椭圆轨迹。适当地选择收稿日期:2004-09-21机构参数,可实现模拟正常人行走运动轨迹;两曲柄保
7、持固定32
8、TechniquesofAutomation&Applications模式识别与仿真技术自动化技术与应用2005年第24卷第3期PatternRecognitionandSimulation180度相位差,实现两侧脚踏板的协调运动。主动回转丝杠6,这里i为坐标轴xi与xi-1的夹角,当xi-1向xi转过i,若旋转15,连杆4,17,9,13,脚踏板5,16构成姿态机构,连杆间铰链连方向与z轴正向相同时
