【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能良好,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域。本文基于球窩關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)的性能要求,對(duì)符合要求的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型綜合、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。并選取2-SPS+RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、尺寸參數(shù)優(yōu)化等研究。首先,通過查閱生物學(xué)方面的文獻(xiàn),對(duì)球窩關(guān)節(jié)的生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行研究,并結(jié)合傳統(tǒng)康復(fù)治療,得出適合應(yīng)用于人體球窩關(guān)節(jié)康復(fù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能和要求。其次,通過分析現(xiàn)有的構(gòu)型綜合理論,基于G_F集理論的型綜合方法進(jìn)行構(gòu)型綜合。首先,運(yùn)用G_F集合成定律以及求交運(yùn)算法則,構(gòu)型綜合出具有三轉(zhuǎn)動(dòng)特征的并聯(lián)單元。然后通過軸線遷移定理、運(yùn)動(dòng)副替換等方式,將原始支鏈進(jìn)行構(gòu)型變換。最后從綜合出的構(gòu)型中選取適用于踝關(guān)節(jié)康復(fù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu),根據(jù)踝關(guān)節(jié)康復(fù)對(duì)康復(fù)機(jī)構(gòu)的要求,進(jìn)行結(jié)構(gòu)上優(yōu)化。然后,從優(yōu)化出的構(gòu)型中選取2-SPS+RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)分析。先運(yùn)用螺旋理論和修正的G-K公式對(duì)其進(jìn)行自由度的計(jì)算。然后通過D-H參數(shù)法和幾何關(guān)系法建立動(dòng)平臺(tái)與支鏈之間的關(guān)系,進(jìn)行該機(jī)構(gòu)的位置反解計(jì)算。再次,基于Matlab和SolidWorks軟件,通過位置反解并運(yùn)用邊界極限搜索法分別求出該機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間。將兩種方法得到的工作空間進(jìn)行對(duì)比,工作空間的大小和形狀基本一致,驗(yàn)證了所求工作空間的正確性。最后,通過ADAMS建立2-SPS+RRR并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī),進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,然后對(duì)康復(fù)平臺(tái)進(jìn)行位移,速度和加速度的分析。最后,基于遺傳算法,對(duì)選定的2-SPS+RRR并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸參數(shù)優(yōu)化。先研究機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)工作空間X、Y、Z三個(gè)方向和整體工作空間的影響,然后通過遺傳算法,將工作空間的大小設(shè)定為目標(biāo)函數(shù),通過設(shè)定個(gè)體數(shù)目,遺傳代數(shù)等參數(shù),求解出并聯(lián)機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的全局最優(yōu)解。最后,將并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)優(yōu)化后的工作空間與優(yōu)化之前的工作空間進(jìn)行對(duì)比分析,優(yōu)化后的空間在X、Y、Z三個(gè)方向的范圍都優(yōu)于之前。通過本文的研究,應(yīng)用G_F集理論構(gòu)型綜合出具有三轉(zhuǎn)動(dòng)特征的并聯(lián)機(jī)構(gòu),對(duì)今后并聯(lián)球窩關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)的選取具有一定的參考價(jià)值。同時(shí)本文將選取出的2-SPS+RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行踝關(guān)節(jié)康復(fù)的應(yīng)用,通過對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真,證明其具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能,并通過遺傳算法對(duì)其進(jìn)行尺寸參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),為該機(jī)構(gòu)今后的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

中北大學(xué)學(xué)位論文康復(fù)機(jī)器人，主要應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 1.4。J.A.Saglia 等研發(fā)了一款 3-UPS/U 并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)的康復(fù)治療，它兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行恢復(fù)訓(xùn)練。

中北大學(xué)學(xué)位論文康復(fù)機(jī)器人，主要應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 1.4。J.A.Saglia 等研發(fā)了一款 3-UPS/U 并聯(lián)康復(fù)機(jī)構(gòu)，，應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)的康復(fù)治療，它兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行恢復(fù)訓(xùn)練。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH77

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本文編號(hào)：2624952