并聯(lián)機器人是目前機器人研究領域的熱點之一,逐漸被應用到醫(yī)學康復領域,輔助患者進行康復訓練。本文針對人體動態(tài)平衡訓練問題,提出一種可滿足其需求的3-RSS/S型并聯(lián)機器人運動平臺結(jié)構(gòu)設計,并對其構(gòu)型、力學特性以及運動學、動力學進行了分析建模與仿真。本文研究的主要內(nèi)容如下:（1）闡述了人體形態(tài)結(jié)構(gòu)以及平衡功能維持機制。從人體解剖學角度,介紹了人體下肢的骨骼和肌肉分布情況,以及人體平衡功能維持機制和評定方法。（2）設計了3-RSS/S并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu),并進行力學分析。根據(jù)并聯(lián)機器人工作需求,利用SOLIDWORKS軟件設計機械結(jié)構(gòu)三維模型,將模型導入有限元分析軟件MSC.PATRAN中,結(jié)合實際工況對并聯(lián)機器人進行模態(tài)分析以及應力分析,得到模態(tài)振型以及最大應力分布位置,驗證結(jié)構(gòu)設計的合理性以及可靠性。（3）對3-RSS/S并聯(lián)機器人進行了運動學和動力學建模。根據(jù)該機構(gòu)構(gòu)型,對自由度進行了計算。然后建立坐標系,得到齊次坐標變換方程和各關(guān)節(jié)點坐標,進而結(jié)合支鏈桿長約束方程,對3-RSS/S并聯(lián)機器人運動學逆解進行求解,最后得到輸入輸出之間的逆運動學表達式。在此基礎上,采用拉格朗日方法,對并聯(lián)機器... 

【文章來源】：長春大學吉林省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Gwinnett并聯(lián)娛樂機構(gòu)

2設計、靜力學分析、運動學及動力學建模與仿真等方面進行相關(guān)研究，為并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)設計、開發(fā)及相應控制策略與控制算法的開發(fā)奠定理論基矗1.3并聯(lián)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并聯(lián)機器人具有剛度好、速度快、重量輕、承載力大等優(yōu)點。隨著科技的發(fā)展，并聯(lián)機器人的應用越來越廣泛，主要應用于食品、電子、軍事、生物醫(yī)學工程等領域，如包裝分揀機器人、坦克駕駛運動模擬器、細胞操作機器人、踝關(guān)節(jié)康復機器人等。1.3.1國外研究現(xiàn)狀縱觀并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展，最早出現(xiàn)的是1931年Gwinnett提出的球面并聯(lián)機構(gòu)，該并聯(lián)機構(gòu)作為娛樂裝置，主要用于電影院中座椅位姿的變換[3],如圖1-1所示。隨后，1940年美國工程師Pollard[4，5]提出了一種用于汽車噴漆的空間并聯(lián)機構(gòu)，如圖1-2所示。1947年，Gough[6]提出一種測試飛機輪胎的八面體六足結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。1965年，Stewart對Gough提出的并聯(lián)機構(gòu)進行了研究與改進，首次提出了一種六自由度飛行模擬器[7]，如圖1-4所示，即目前應用最廣的Gough-Stewart六自由度并聯(lián)機構(gòu)，如圖1-5所示。在此基礎上，1978年澳大利亞Hunt教授提出了一種六自由度并聯(lián)機構(gòu)，并將其作為機器人操作器使用[8]；隨后，Mccallino[9~10]等人首次設計出了可在一種能完成校準任務的并聯(lián)機器人，自此并聯(lián)機器人的研究的序幕正式拉開，少自由度并聯(lián)機構(gòu)的研究也逐漸成為并聯(lián)機器人領域的研究熱點，三自由度并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)作為少自由度并聯(lián)機器人研究的重要分支之一，與傳統(tǒng)六自由度并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)相比具備結(jié)構(gòu)更簡單、運動更靈敏、制造成本相對更低等優(yōu)點[11]。圖1-1Gwinnett并聯(lián)娛樂機構(gòu)圖1-2Pollard并聯(lián)機構(gòu)

3圖1-3Gough八面體六足并聯(lián)機構(gòu)圖1-4Stewart六自由度飛行模擬器1983年，Hunt利用螺旋理論分析了不同取值下的機構(gòu)構(gòu)型，首次提出三自由度空間并聯(lián)3-PRS機構(gòu)[12]，并對該機構(gòu)運動學展開研究。1985年，Gosselin[13～14]對球面并聯(lián)機構(gòu)運動學等進行了系統(tǒng)的研究分析。1988年，Lee[15]討論了3-PRS機構(gòu)的位置解。1985年，法國Clavel教授提出一種三自由度空間并聯(lián)機構(gòu)DELTA[16~17]，如圖1-6所示，該機構(gòu)因基座平臺和動平臺均為三角形而得名，可實現(xiàn)三個方向移動。克服了傳統(tǒng)三自由度并聯(lián)機器人的不足，具有解耦度高、控制簡單等優(yōu)點。1993年，F(xiàn)attahA[18]采用拉格朗日方法對3-RRS并聯(lián)機器人動力學進行了研究。1996年，CodoureyA[19]應用虛功原理對Delta機構(gòu)動力學進行了研究。同年，美國學者Tsai[20～23]提出了一種三自由度3-UPU三維移動機構(gòu)，對其位置進行分析，并在1999年對3-RPS并聯(lián)機器人的位置正解進行了研究。圖1-5Gough-Stewart機構(gòu)圖1-6Delta機器人

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[5]并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復機器人系統(tǒng)設計[D]. 于海波.燕山大學 2006
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本文編號：3095761