【摘 要】
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针对脑卒中患者,需要对其进行正确、科学的康复训练。现有的康复机构多为单个关节康复机构,并不能实现患者综合康复的需求。为了满足多部位康复要求,本文提出了一种多模式膝关节、踝关节综合康复机构。该机构通过锁定/解锁运动副切换不同的运动模式,从而实现膝关节、踝关节康复。首先,对膝关节和踝关节的主要运动形式分析,确定膝关节和踝关节康复所需的自由度。以2R1T对称3-UPU并联机构为基础,将其中的一个分支替换
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针对脑卒中患者,需要对其进行正确、科学的康复训练。现有的康复机构多为单个关节康复机构,并不能实现患者综合康复的需求。为了满足多部位康复要求,本文提出了一种多模式膝关节、踝关节综合康复机构。该机构通过锁定/解锁运动副切换不同的运动模式,从而实现膝关节、踝关节康复。首先,对膝关节和踝关节的主要运动形式分析,确定膝关节和踝关节康复所需的自由度。以2R1T对称3-UPU并联机构为基础,将其中的一个分支替换为无约束分支UCU,得到2UPU/UCU并联机构。根据膝关节、踝关节康复所需自由度,得到机构在两种运动模式下的构型分别为RPU/UCU/UPU、2UPU/URU,且具有2T1R、2R1T的运动自由度。通过螺旋理论验证机构在两种运动模式下均有与康复关节吻合的连续转轴。其次,分析2UPU/UCU并联机构在两种运动模式下的位置反解、速度、加速度,利用极坐标搜索法求得了机构在两种运动模式下的工作空间。分别对RPU/UCU/UPU、2UPU/URU并联机构动平台添加驱动函数,验证了其工作过程中满足了膝关节、踝关节的转动范围需求。然后,对多模式并联机构进行动力学探究。基于虚功原理建立机构在两种运动模式下的动力学模型,通过MATLAB编程软件得到机构驱动力/驱动力矩的数值解。将机构的三维模型导入Adams中,得到两种运动模式的驱动力/驱动力矩与数值计算结果进行比较,验证了机构在两种运动模式下动力学模型的正确性。最后,对2UPU/UCU多模式并联机构康复夹具结构及外部框架设计。以两种运动模式工作空间最大化为优化目标,基于粒子群算法对并联机构结构参数进行优化。根据多模式机构在初始位置与运动过程中的受力特点,对不同模式机构整体进行有限元静力学分析,其总变形满足结构要求。
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