检索历史 清除

摘要上肢康复机器人执行机构设计要求简洁轻巧，具有一定的灵活性，同时要根据康复运动特性（低速、变载、带缓冲等）选择合适的传动系统和驱动装置。一般工业机器人或应用于特殊环境的机器人机械臂关节普遍采用电机、齿轮减速器、关节轴直接连接的传动机构。这种机构要求电机与齿轮减速器安装在机器人机械臂关节附近，造成整体重量、体积、造价和内部消耗的增加，降低了机器人对外做功的能力和效率。按照“最轻自重最大负载能力”原则，对康复机器人机械结构做出的各种改进研究中，最具有突出效果的是线管钢丝绳传动。尤其是线管钢丝绳传动用于外骨骼穿戴式上肢康复机器人，其传动系统的性能研究具有重要的理论与实用价值。<br>　　本文首先对国内外钢丝绳传动技术的研究成果进行分析总结，然后根据本组所设计出的一套适于上肢康复机器人传动的柔性传动系统——线管钢丝绳传动系统，对线管钢丝绳传动系统的传动性能进行了较深入研究，具体包括：<br>　　建立了线管钢丝绳传动静力学模型，研究分析套管与钢丝绳间相互作用关系，发现其与套管和钢丝绳间的摩擦系数、线管钢丝绳的传动空间位姿等密切相关，并具有一定非线性。<br>　　利用有限元素法对管线传动空间位姿进行分析，提出了管线传动的布线方式，并给出了一种基于测定与仿真方法来确定钢丝绳套管各近似圆弧段对应圆心角之和的方法。<br>　　通过对上肢康复机器人的机构分析，确定了各关节线管钢丝绳传动的布线，然后对各套管活动段空间位姿进行分析，最终确定了适于本上肢康复机器人各关节处活动套管合适管长。<br>　　对套管、钢丝绳的正确选择和使用、材料选择、安装及维护，钢丝绳端部固定方式的选取等做了较为全面的介绍，初步选出了满足上肢康复机器人用的套管和钢丝绳，并给出套管实际工作时需满足的最小曲率半径Rmin确定的方法，为线管钢丝绳传动系统的结构参数设计提供依据。<br>　　本文还设计了测量上肢康复机器人用线管钢丝绳传动特性的实验平台，实验测定了线管钢丝绳传动的摩擦系数、验证了本文导出的线管钢丝绳传力特性公式的正确性，反映出套管曲率半径对套管弯曲应力影响显著。通过仿真方法和试验方法对比，验证采用仿真方法求取各单元圆弧段对应圆心角之和可行。最后对上肢康复机器人的运动控制方面进行了一定实验研究。实验结果表明，通过线管钢丝绳传动系统，该机器人能够实现不同的训练模式。