三自由度前臂康复外骨骼机构设计与轨迹规划

为满足当前脑卒中后遗症患者在康复训练中对前臂康复的需求,以及保证患者在康复训练过程中的舒适性和安全性,设计一种三自由度前臂康复外骨骼,为满足康复运动转矩需求以及更好的控制效果,关节驱动机构采用行星齿轮减速和绞盘减速两级减速方式;针对腕部训练的协同性问题,运用平行四边形机构原理设计其腕部关节;整体结构利用SolidWorks进行三维建模。将整体模型简化为三连杆模型后通过D-H法对其建立运动学模型,通过MATLAB验证了模型的正确性。最后,为了提高脑卒中后遗症患者进行康复训练时的安全性和舒适性,基于五次多项式插值法对其进行轨迹规划,并且使用MATLAB进行仿真分析,得到各关节的运动速度、加速度的均匀平滑曲线,验证了外骨骼结构的合理性与运动的舒适性,为之后基于多种康复模式的程序设计提供了基础。

肩部康复外骨骼单关节摩擦建模及补偿方法研究

针对肩部康复外骨骼关节转动时摩擦力大、反向驱动困难的问题,搭建了一个单关节实验平台,用于模拟肩部单关节的运动。为了较好反映运动中的摩擦力,采用Stribeck摩擦模型对单关节摩擦力进行建模,并通过最小二乘法拟合模型的未知参数,此外结合位置差和电流差的正负号确定摩擦力的方向。实验结果表明,采用Stribeck摩擦模型对摩擦力进行建模后,反向驱动力矩均值至少减少了80%,从而有效解决了肩部康复外骨骼单关节中阻力大、反向驱动困难的问题。