基于最新的上肢康复机器人和绳索牵引机器人的研究成果,结合传统串联机器人的分析方法和人体上肢结构及康复治疗方法,提出一种基于绳索驱动的五自由度外骨骼上肢康复机器人的设计方案。由于上肢运动障碍患者不断增加,康复治疗领域对上肢康复机器人的需求量越来越大,且对其治疗效果的要求也越来越高。绳索牵引机器人能够在安全性和柔顺性方面,满足康复机器人要求,故将绳索牵引机器人应用于上肢康复机器人中,进行设计分析。本文对上肢康复机器人的发展过程与现状进行了总结。对人体上肢结构以及运动特点进行分析。介绍了人体上肢康复治疗方法,按照治疗方法,制定机器人的设计目标以及验证算例。结合以上内容,对基于绳索牵引的上肢康复机器人进行结构设计,利用绳索牵引机器人的原理,最大限度的减少了机械臂的运动惯性,实现上肢康复机器人的理想运动。考虑使用过程中的安全性和舒适性,对于与人体固连的机械部分进行设计。将机器人传统的运动学、动力学分析方法与绳索牵引机器人的分析方法进行结合,建立上肢康复机器人的运动学模型,求解运动学正解与逆解,求解上肢康复机器人的理想运动空间。利用力学平衡方程,设置绳索拉力上下限,求解上肢康复机器人实际运动空间,验证基于康复方法的实际算例,满足实际运动空间要求。计算各条绳索长度变化,验证运动过程中,绳索长度变化的柔顺性。利用Solidworks软件进行三维建模,并利用Matlab、Adams软件进行仿真,对比结果,验证分析结果的正确性与可行性。对上肢康复机器人建立Lagrange动力学方程,计算在运动过程中,各个关节的动力矩。利用Adams软件进行动力学分析,对结果进行误差分析。利用力学方程,计算各条绳索的拉力。利用Simulink-Adams联合仿真,验证相同运动状态下,绳索拉力变化情况。证明本文设计的上肢康复机器人协助患者进行特定康复训练的可行性。