一种新型3自由度并联运动模拟器的设计与分析

提出了一种新型两转一移3自由度并联运动模拟器,该运动模拟器能够完成升降、侧倾、俯仰3种运动,可以用来模拟飞行器、船舶、驾驶场景或应用在动感座椅等其他民用娱乐设备上。基于螺旋理论,分析了该机构的自由度,求解了该并联机构的运动学正反解;对工作空间和奇异位形进行了分析;利用Solid Works和Recurdyn联合仿真,建立虚拟样机模型,验证了该机构是一个完全对称的空间3自由度并联机构,自由度与螺旋理论运动分析一致,对运动性能进行仿真分析,经验证满足设计指标,为后期样机的加工、控制奠定了基础。

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM (continuous passive motion,连续被动运动)、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。

医用多位姿辅助支撑外骨骼机构设计与支撑性能评估

针对外科医生长时间保持手术姿态而造成的肌肉和关节损伤的现状,本文通过分析手术姿态,分别对不同关节进行构型研究,设计了一种具有多关节机构的医用多位姿辅助支撑外骨骼。然后通过建立人机静力学模型,本研究得到人体穿戴外骨骼前后的关节扭矩、关节力,并用有限元分析软件对外骨骼强度校核。结果表明,外骨骼最大应力小于材料强度要求,整体形变小,外骨骼结构强度满足使用需求。最后,本研究选取受试者参与足底压力试验,并结合人机静力学模型进行生物力学仿真,从足底压力、关节扭矩和关节力、肌肉力和肌肉总体代谢三个方面进行结果分析,以评估外骨骼支撑性能。结果表明,外骨骼对全身有较好的支撑性,能够减轻肌肉骨骼负担。本研究的外骨骼机构更匹配外科医生的实际工作需求,为医用支撑外骨骼机构设计提供了一种新的范例。