本文關(guān)鍵詞：基于3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu)腳踝康復機器人的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：球面并聯(lián)機構(gòu)(SPM)作為并聯(lián)機構(gòu)的一種特殊類型,具有工作空間大、各個部件之間不容易發(fā)生干涉的特點。SPM現(xiàn)廣泛應(yīng)用于機器人的肩、腕、腰、髖關(guān)節(jié)以及超精密加工、航天、測繪等領(lǐng)域。3-RRS SPM相對于3-RRR SPM來說,解除了3-RRR SPM的過約束,有更好的運動性能,而且能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度的轉(zhuǎn)動。本文主要研究3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu)的運動學及其在腳踝康復機器人中的應(yīng)用。本文利用螺旋理論對3-RRS SPM的自由度進行了分析計算;利用牛頓迭代法求解了機構(gòu)的運動學正解;應(yīng)用閉環(huán)矢量法建立了3-RRS SPM的運動學逆解模型,求解了該機構(gòu)相應(yīng)的運動學逆解算式,得到了3-RRS SPM的8組逆解;對3-RRS SPM進行了實例分析,驗證了3-RRS SPM運動學分析的正確性。在3-RRS SPM運動學位置分析的基礎(chǔ)上,利用求導法求解了3-RRS SPM速度、Jacobian矩陣和加速度;利用Jacobian矩陣討論了機構(gòu)的奇異性;利用數(shù)值搜索法求解了機構(gòu)的可達工作空間,并利用MATLAB編程繪制了機構(gòu)的在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下的可達工作空間圖。本文采用拆桿法,建立了3-RRS SPM各個構(gòu)件的靜力學平衡方程,對3-RRS SPM進行了靜力學分析。本文針對人體踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)組成,踝關(guān)節(jié)的運行規(guī)律以及踝關(guān)節(jié)康復的機理。在綜合3-RRS SPM的性能以及腳踝康復治療對機構(gòu)所需要求的情況下,對3-RRS球面腳踝康復機器人的具體結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)進行設(shè)計。然后,利用SolidWorks與ANSYS workbench相結(jié)合的方法來對3-RRS球面腳踝康復機器人進行了靜力學有限元分析,通過對機器人的靜力學有限元分析,找到了3-RRS球面腳踝康復機器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的薄弱地方。最后,利用SolidWorks與ADAMS軟件來對3-RRS球面腳踝康復機構(gòu)進行了仿真研究。通過運動學正解和逆解仿真得到的3-RRS球面腳踝康復機器人腳架上的參考點q的運行軌跡、位移變化規(guī)律、速度變化規(guī)律以及加速度變化規(guī)律都一致,而且都隨著時間按照正/余弦曲線的規(guī)律均勻變化,沒有出現(xiàn)速度和加速度突變。所以在實際使用的過程中,不會造成腳踝的二次損傷;而且機器人能夠在空間中沿著復雜的球面“阿基米德螺旋軌跡”運動,帶動腳踝同時實現(xiàn)了背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/外旋的運動,證明了該腳踝康復機器人可以用于腳踝輔助康復訓練。
【關(guān)鍵詞】：3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu) 運動學 運動學性能 靜力學 腳踝康復機器人 仿真
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 課題的研究背景與意義11-12
• 1.1.1 課題的研究背景11-12
• 1.1.2 本課題研究的價值和意義12
• 1.2 SPM研究現(xiàn)狀與分析12-15
• 1.3 腳踝康復機器人研究現(xiàn)狀與分析15-16
• 1.4 并聯(lián)機構(gòu)研究現(xiàn)狀與分析16-20
• 1.4.1 并聯(lián)機構(gòu)運動學16-17
• 1.4.2 并聯(lián)機構(gòu)工作空間17-18
• 1.4.3 并聯(lián)機構(gòu)奇異性18-19
• 1.4.4 并聯(lián)機構(gòu)靜力學19-20
• 1.5 主要研究內(nèi)容20-21
• 1.6 本章小結(jié)21-22
• 2 3-RRS SPM運動學分析22-32
• 2.1 3-RRS SPM的結(jié)構(gòu)組成與坐標系的建立22-23
• 2.2 3-RRS SPM的自由度分析23-25
• 2.3 3-RRS SPM的位置分析25-30
• 2.3.1 3-RRS SPM的運動學正解25-28
• 2.3.2 3-RRS SPM的運動學逆解28-30
• 2.4 3-RRS SPM實例分析30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 3 3-RRS SPM運動學性能分析32-41
• 3.1 速度與Jacobian矩陣分析32-33
• 3.2 加速度分析33-34
• 3.3 奇異性分析34-36
• 3.4 工作空間分析36-40
• 3.4.1 影響工作空間的因素36-37
• 3.4.2 工作空間的確定37-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 3-RRS SPM靜力分析41-49
• 4.1 3-RRS SPM動平臺受力分析42-43
• 4.2 3-RRS SPM曲柄的受力分析43-45
• 4.3 3-RRS SPM連桿的受力分析45-47
• 4.4 動平臺、連桿以及曲柄受力化簡47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 5 腳踝康復機器人的機構(gòu)設(shè)計49-55
• 5.1 人體腳踝的結(jié)構(gòu)分析49-52
• 5.1.1 踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)49-50
• 5.1.2 踝關(guān)節(jié)的運動范圍50-52
• 5.2 腳踝康復機器人設(shè)計52-54
• 5.2.1 腳踝康復機器人的設(shè)計原則52
• 5.2.2 腳踝康復機器人結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)設(shè)計52-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 6 3-RRS球面腳踝康復機器人有限元分析55-61
• 6.1 模型的導入和網(wǎng)格劃分55
• 6.2 約束和接觸的添加55-56
• 6.3 載荷的添加56-57
• 6.4 仿真結(jié)果分析57-60
• 6.4.1 等效應(yīng)力分析57-58
• 6.4.2 變形分析58
• 6.4.3 安全系數(shù)分析58-60
• 6.5 本章小結(jié)60-61
• 7 運動仿真61-72
• 7.1 導入模型、添加約束61-63
• 7.2 運動學逆解仿真63-71
• 7.2.1 基于運動學逆解的軌跡規(guī)劃63-64
• 7.2.2 運動學逆解仿真64-68
• 7.2.3 運動學正解仿真驗證68-71
• 7.3 本章小結(jié)71-72
• 8 總結(jié)與展望72-74
• 8.1 總結(jié)72-73
• 8.2 展望73-74
• 參考文獻74-81
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果81-82
• 致謝82-83

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1 王耀兵,季林紅,黃靖遠;一種神經(jīng)康復機器人的研制[J];機械科學與技術(shù);2005年02期

2 李慶玲;孫立寧;杜志江;;上肢康復機器人發(fā)展現(xiàn)狀的分析與研究[J];機械設(shè)計;2008年09期

3 ;下肢康復機器人[J];中國醫(yī)療器械雜志;2012年06期

4 楊啟志;曹電鋒;趙金海;;上肢康復機器人研究現(xiàn)狀的分析[J];機器人;2013年05期

5 高從軍;歐洲康復機器人發(fā)展現(xiàn)況及前景[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;1999年05期

6 程明,任宇鵬,高小榕,王廣志,季林紅,高上凱;腦電信號控制康復機器人的關(guān)鍵技術(shù)[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;2003年04期

7 杜志江,孫傳杰,陳艷寧;康復機器人研究現(xiàn)狀[J];中國康復醫(yī)學雜志;2003年05期

8 徐國政;宋愛國;李會軍;;康復機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)[J];中國組織工程研究與臨床康復;2009年04期

9 邢科新;黃劍;徐琦;何際平;姜軍慶;;手功能康復機器人的魯棒控制研究[J];計算技術(shù)與自動化;2009年01期

10 劉攀;張立勛;王克義;張今瑜;;繩牽引康復機器人的動力學分析與控制[J];中國機械工程;2009年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭學軍;;下肢康復機器人的臨床研究與未來展望[A];2012中國康復醫(yī)學會實用康復論壇暨運動康復新理念培訓班資料匯編[C];2012年

2 王俊華;;康復機器人發(fā)展概況[A];中國康復醫(yī)學會腦血管病專業(yè)委員會換屆暨第十五次全國腦血管病康復學術(shù)年會、湖南省康復醫(yī)學會神經(jīng)康復專業(yè)委員會2012學術(shù)年會論文集[C];2012年

3 畢勝;季林紅;紀樹榮;;神經(jīng)康復機器人研究進展[A];第四屆全國康復治療學術(shù)大會論文摘要匯編[C];2004年

4 吳軍;黃劍;王永驥;;集成運動意圖辨識與虛擬現(xiàn)實環(huán)境的上肢康復機器人[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

5 畢勝;;康復機器人訓練技術(shù)[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術(shù)大會學術(shù)會議論文摘要匯編[C];2011年

6 陳勃帆;楊俊友;王碩玉;白殿春;;全方位下肢康復機器人逆運動學研究[A];第十一屆沈陽科學學術(shù)年會暨中國汽車產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)發(fā)展與合作論壇論文集（信息科學與工程技術(shù)分冊）[C];2014年

7 白躍宏;徐義明;殷躍紅;;下肢外骨骼康復機器人研制[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術(shù)大會學術(shù)會議論文摘要匯編[C];2011年

8 萬大千;徐義明;白躍宏;;下肢外骨骼康復機器人研究進展[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術(shù)大會學術(shù)會議論文摘要匯編[C];2011年

9 白躍宏;徐義明;殷躍紅;范淵杰;;下肢外骨骼康復機器人研制及臨床應(yīng)用[A];第20屆中國康協(xié)肢殘康復學術(shù)年會論文選集[C];2011年

10 許光旭;;步態(tài)訓練的新選擇——LokoHelp康復機器人[A];首屆全國腦外傷治療與康復學術(shù)大會論文匯編（上）[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者 劉云麗 實習生 李小蕾;我市一民企原創(chuàng)研發(fā)的項目填補國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白[N];安陽日報;2012年

2 楊紅軍　曹洪田 王婷;科技創(chuàng)新攀新高 華麗轉(zhuǎn)身上精品[N];江蘇經(jīng)濟報;2010年

3 記者 陳建強 通訊員 靳瑩;“純意念控制”人工神經(jīng)康復機器人問世[N];光明日報;2014年

4 通訊員 靳瑩 記者 馮國梧;“純意念控制”人工神經(jīng)康復機器人問世[N];科技日報;2014年

5 記者 趙暉;癱瘓人士只要一“想”就能動[N];天津日報;2014年

6 佘惠敏;期待更多的“神工一號”[N];經(jīng)濟日報;2014年

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1 紀雯;五自由度上肢康復機器人訓練方案及評價系統(tǒng)的研究[D];東北大學;2014年

2 孟凡成;上肢康復機器人的增強學習控制方法研究[D];北京理工大學;2015年

3 邢科新;手功能康復機器人系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學;2010年

4 孫洪穎;臥式下肢康復機器人研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

5 吳軍;上肢康復機器人及相關(guān)控制問題研究[D];華中科技大學;2012年

6 姜瑩;全方位移動下肢康復機器人的運動控制方法研究[D];沈陽工業(yè)大學;2013年

7 楊勇;手臂康復機器人系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

8 史小華;坐/臥式下肢康復機器人研究[D];燕山大學;2014年

9 李醒;五自由度上肢康復機器人訓練系統(tǒng)的研究[D];東北大學;2012年

10 羅東峰;桌面式上肢康復機器人控制研究[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李齊;基于加速度計的下肢康復機器人示教訓練應(yīng)用研究[D];燕山大學;2015年

2 梁霞;基于并聯(lián)機構(gòu)的腿部康復機器人運動單元研究[D];河北聯(lián)合大學;2014年

3 秦江偉;被動式上肢康復機器人虛擬現(xiàn)實控制系統(tǒng)開發(fā)[D];大連海事大學;2015年

4 褚亞奇;基于患者疼痛感的康復機器人系統(tǒng)控制方法研究[D];沈陽理工大學;2015年

5 宋新旺;上肢運動功能康復機器人系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];上海應(yīng)用技術(shù)學院;2015年

6 張瑩;上下肢協(xié)同康復機器人的研究[D];上海交通大學;2015年

7 張瑞雪;三自由度主動式上肢康復機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與開發(fā)[D];大連海事大學;2015年

8 周海濤;下肢外骨骼康復機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

9 王翔宇;基于主動康復策略的手部外骨骼機器人控制與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

10 徐文墨;基于sEMG的上肢康復機器人控制系統(tǒng)研究[D];華北理工大學;2015年

  本文關(guān)鍵詞：基于3-RRS球面并聯(lián)機構(gòu)腳踝康復機器人的設(shè)計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：262112