面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能

• 作者: 刘承磊 张建军 牛建业 刘腾 戚开诚 郭士杰
• 来源期刊: 机械工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 踝关节康复 运动拟合模型 广义球面并联机构 运动学分析
• 年，卷（期）: 2021,（21）
• 所属期刊栏目: 机器人及机构学
• 页码范围: 45-54
• 页数: 10页
• 分类号: TH112
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2021.21.045

摘要

针对现有踝关节康复机器人运动特性与人体踝关节实际运动特性存在明显差异,导致人机相容性不理想的问题,基于高匹配度的U1U2型踝关节运动拟合模型,提出一种适用于踝关节康复且结构紧凑的四自由度广义球面并联机构.基于螺旋理论分析其运动及约束特性,论证其与踝关节运动拟合模型运动的一致性;分别建立机构的位置及姿态运动学模型,证明了该机构的位置与姿态之间运动学完全解耦;基于雅可比矩阵极其条件数分析,阐明该机构在纯背伸趾屈和纯内外翻运动中均具有运动学的完全各向同性性质,且在踝关节工作空间内具有较好的灵巧性及可操作度,并无奇异位形等病态位置存在,通过数据对比验证该机构具有较好的运动学特性,适用于踝关节康复.