一种新型自适应康复外骨骼机构及重力平衡优化

• 作者: 刘钧辉 季润 张雷雨 李剑锋 赵朋波 陶春静
• 来源期刊: 工程科学与技术
• 学科: 工学
• 关键词: 上肢康复 外骨骼 构型综合 人机相容性 重力平衡
• 年，卷（期）: 2018,（5）
• 所属期刊栏目: 机械工程
• 页码范围: 263-270
• 页数: 8页
• 分类号: TP24
• 字数: 5885字
• 语种: 中文
• DOI: 10.15961/j.jsuese.201701101

摘要

针对上肢运动功能障碍患者,康复外骨骼机构在肩、肘关节康复训练中的应用越来越多,由于盂肱关节的浮动属性及难以避免的穿戴误差,人机对应关节的轴线难以始终保持对齐,致使人-机连接界面处产生较大的附加力/矩,严重影响训练效果及穿戴舒适度.为消除产生的附加力/矩,提出一种4R3P2R型自适应上肢康复外骨骼机构,并对其进行位置逆解及重力平衡优化.该型上肢康复外骨骼在肩、肘关节处采用PPRRRP和PRRR构型,支链PPRRRP与肩关节构成3-DOF恰约束人机闭链.同理,支链PRRR与肘关节构成平面2-DOF的恰约束人机闭链.在该外骨骼构型的基础上,建立人机闭链运动学模型,求其位置逆解,推导出任意位姿下外骨骼重力势能与上肢各关节转角间的函数关系.通过构型分析,可知外骨骼机构的第二主动关节主要完成肩关节前屈/后伸的康复训练,该关节受重力矩影响最为显著,因此,需对该主动关节进行重力平衡.在给定的上肢运动空间内,在外骨骼中添加零初长弹簧单元,以总势能波动最小为目标,建立重力平衡模型,对弹簧参数进行优化分析.进一步,对重力平衡模型进行数值仿真,结果表明零初长弹簧单元对外骨骼机构具有较好的平衡效果.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李剑锋	北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室	88	1040	18.0	27.0
2	陶春静		17	70	5.0	7.0
3	刘钧辉	北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室	5	25	2.0	5.0
4	张雷雨	北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室	15	52	4.0	6.0
5	季润		13	84	5.0	8.0
6	赵朋波	北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室	4	14	2.0	3.0