肘关节康复机器人机构设计及其运动学分析

作者：李博超; 项忠霞^*; 刘传耙; 赵泽茂; 刘鹏举

来源：机械科学与技术, 2020, 39(09): 1313-1322.

DOI：10.13433/j.cnki.1003-8728.20190293

• 并联机器人机构
• 肘关节康复运动
• 位置逆解
• 雅克比矩阵
• 姿态工作空间
• 遗传算法
• 机构适用性

现有研究中针对肘关节康复运动的机构设计几乎均采用串联机构作为机构本体,普遍存在精度低、运动惯性大、容易造成肘部肌肉的损伤等问题。鉴于此,本文设计了一种可实现肘关节二自由度康复运动的(2-PRR-S) R-PRCR并联机器人机构;并使用旋量理论验证了机构的自由度特性。利用空间几何分析法推导出机构位置逆解与位置正解表达式;进而给出了机构的雅克比矩阵,然后结合雅克比矩阵分析了机构的奇异位形。依据机构的约束条件,确定了机构的初始姿态工作空间;以最大化姿态工作空间为优化目标,并采用遗产算法对机构进行了尺度优化。基于人体肌肉运动机理,分析了肘关节康复运动时的训练效果,验证了所设计的并联机构的适用性,为后续肘关节康复训练策略的研究奠定了基础。

• 单位
  天津大学