【摘 要】
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腕关节在日常生活中起着不可替代的作用,而在各个场景都会出现腕关节受损的情况,对患者的生活质量造成极大的影响,因此对腕关节康复机构进行针对性研究设计,可以为腕关节损伤的患者提供良好的康复训练。本文针对人体腕关节解剖学和腕关节运动特性,设计了一种（3-UPS/PRR）＆R便携式混联腕关节康复机构,可以满足腕关节掌屈/背伸、内收/外展、内旋/外旋三种运动的训练。该机构对应有两种末端执行器和转动中心调节装
【基金项目】
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山西省重点研发计划项目“基于并联机构的刚柔耦合外骨骼助力机器人理论与应用”（201903D421051）；
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腕关节在日常生活中起着不可替代的作用,而在各个场景都会出现腕关节受损的情况,对患者的生活质量造成极大的影响,因此对腕关节康复机构进行针对性研究设计,可以为腕关节损伤的患者提供良好的康复训练。本文针对人体腕关节解剖学和腕关节运动特性,设计了一种（3-UPS/PRR）＆R便携式混联腕关节康复机构,可以满足腕关节掌屈/背伸、内收/外展、内旋/外旋三种运动的训练。该机构对应有两种末端执行器和转动中心调节装置,满足不同患者的康复需求,实现人机共融。对便携式混联腕关节康复机构进行运动学分析。利用螺旋理论分析该康复机构的主体机构3-UPS/PRR的自由度,得到机构具有绕X轴、Y轴、Z轴的转动和沿Z轴移动四个自由度,根据修正的G-K公式验证求得的自由度。在此基础上,利用欧拉角变换法、封闭矢量法等求解机构位置逆解,利用粒子群优化算法（PSO）方法验证机构位置正解。对3-UPS/PRR并联机构加入限制条件后的工作空间进行求解,表明该机构的工作空间内部连续,没有奇异位型,结果显示机构运动特性良好。将位置反解表达式关于时间进行求导,得到该机构的一阶影响系数矩阵,也叫做速度雅可比矩阵,再对时间求导得到二阶影响矩阵,验证了该机构的可行性。运用Solid Works和Adams软件,建立机构虚拟样机模型,对该机构进行了运动学逆解仿真和运动学正解仿真,得到机构掌屈背伸、内收外展、内旋外旋的运动仿真,得出机构动平台的转动角度处于人体正常的活动范围,支链的伸缩变化量也与人体活动相匹配,且曲线图是平滑的、连续的,没有突变的情况发生。通过逆运动模拟曲线图,得出机构在运动时运动学正逆解结果一致,表明运动学上的正、逆解仿真是正确的。通过Anybody软件将人机一体化系统建立出来,分析得出该机构带动人体腕关节进行掌屈、背伸、内收、外展训练过程中受损肌肉的受力和肌肉伸缩量处于正常范围,且肌肉活动量在最大强度之内,表明该康复机构穿戴在人体上进行康复训练符合人体运动学规律,可以充分对受损肌肉进行康复训练,肌肉不会发生二次损伤,对做出准确的康复效果评估提供了有效理论支撑。
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