前庭康复6-PSS并联机器人设计及仿真分析

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前庭觉丧失导致的运动障碍极大影响患者的正常生活。医学研究查明,由于人脑具有可塑性,前庭功能障碍患者可以通过反复的康复运动来进行改善。传统的康复治疗采用纯人工或人工操作简单器械的方式,难以满足当今社会对前庭功能康复训练的要求。针对社会对前庭功能康复的需求,论文提出一种基于6-PSS构型并联机构的前庭康复系统,其中P代表直线副,S代表球铰副,重点开展并联机构的运动学建模、工作空间分析及仿真,基于Solidworks设计并联机器人。论文主要研究内容如下:针对前庭功能障碍患者的康复需求,构建了基于6-PSS并联机构的前庭康复机器人系统,康复机器人采用由左、右两台机器人对称布置的方式,康复患者的两足分别站立在并联机构的动平台上。通过控制并联机构,实现人正常行走、身体扭转、以及踝关节部位内、外翻的模拟动作,刺激患者的前庭觉神经,实现患者的康复运动。建立6-PSS并联机构的运动学模型,基于数学矢量关系,推导并联机构的运动学正、逆解,并基于Matlab进行实例验算与仿真,验证机器人运动学模型,为后续对6-P SS并联机构工作空间的求解奠定了坚实的理论基础。分析了 6-PSS并联机构工作空间的影响因素,基于工作空间边界搜索算法,建立6-PSS并联机构可达工作空间的求解算法,利用Matlab求解6-PSS并联机构工作空间,并联机构工作空间满足前庭功能患者的康复需求,并根据最终工作空间范围的确定,完成对6-PSS并联机构连杆长度参数的选择。建立6-PSS并联机构单支链的动力学分析,基于拉格朗日函数求解动力学,推导出每条单支链连杆质心的运动速度、旋转速度,以及作用在6-PSS并联机构动平台上的分力和应该施加在移动滑台上的驱动力,利用ADAMS进行对机器人动力学仿真,为机器人的设计与运动控制提供理论基础。基于前述理论研究成果,完成伺服电机、减速器、同步带、直线导轨的选型,基于Solidworks建立前庭康复机器人三维模型,进行6-PSS前庭康复并联机器人的设计,完成对前庭康复机器人三维模型图纸的绘制。
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