并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析.pdf

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1、第51卷第13期机械工程学报VO1．51NO．132015年7月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJu1．20l5DoI：lO．3901／JME．2015．13．158并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析水陈伟海徐颖俊王建华张建斌(北京航空航天大学智能机器人与测控技术实验室北京100191)摘要：针对下肢瘫痪病人，设计一种新型的平面三自由度并联式下肢外骨骼机构进行研究，运用指数积公式对该机构的位置正反解进行研究分析，同时对该机构的雅可比矩阵和运动奇异性进行分析。以工作空间最大为目标函数，分析影响并联机构工作空问的主要因素，如连杆

2、长度、运动副转角、人体关节角度等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空问边界，计算出相应形状的工作空间面积，分析各机构参数对工作空间的影响。在运动学分析的基础上，以满足人体正常行走时髋关节和膝关节运动范围要求，以提高机构运动学性能为目标，进行结构参数优化设计。初步分析结果表明，对机构参数进行优化，能提高运动学性能指标，该机构能够用于下肢瘫痪病人进行康复训练，为进一步并联机构的设计研究奠定了基础。关键词；下肢外骨骼；指数积公式；位置正反解；工作空间中图分类号：TH112KinematicsandWorkspaceAnalysisofParallelLowe

3、rLimbRehabilitati0nExoskeletonCHENWeihaixUYingjunWANGJianhuaZHANGJianbin(LaboratoryofIntelligentRobot&MeasurementandControlTechnology,BeihangUniversity,Beijing100191)Abstract：Inviewofthelowerparalysispatients，anewtypeof3-DOFparallellowerlimbexoskeletonmechanismisdesignedasthefounda

4、tionforresearch，theforwardandinversepositionsolutionofthemechanismareanalyzedwithproductofexponentials(POE)formulation,inthemeanwhile，theJacobianmatrixandmotionsingularityofmechanismarealsoanalyzed．Takingthemaximumworkspaceastheobjectivefunction，thechieffactorsinfluencingtheworkspa

5、ceoftheparallelmechanismsuchastheworkspacerestrictionofthelengthoflinkage，theangleofmotionpairandthehumanbody’Sjointanglehavebeentakenintoaccount．Theboundaryofworkspaceisdeterminedwiththehelpofboundarysearchmethod，andtheareaofworkspaceiscalculated．Theinfluenceofvariousparametersoft

6、hemechanismontheworkspaceisanalyzed．Onthebasisofkinematicsanalysis，inordertosatisfythedemandofhip’Sangleandknee’Sanglerangeofmotionofnormalhumanwalking，toimprovethemechanismkinematicperformanceasthegoal，optimizethevalueofstructuralparameters．Preliminaryanalysisshowsthatthekinematic

7、alperformancecanbeenimprovedwithoptimizingthevalueofthestructuralparameters．Themechanismcanbeusedtolowerlimbparalysispatientsinrehabilitationtraining．Thestudypavesthewayforthedesignandanalysisoftheparallelmechanisms．Keywords：lowerlimbexoskeleton；productsofexponentials；forwardandinv

8、ersepositionsolution；works