(2-SPU-PU)&R混联式踝关节康复机构的设计与性能研究

来源 :中北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanlj007
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踝关节是人体的承重关节且参与运动,极易损伤,其术后康复训练至关重要。然而,应用于踝关节康复的设备自由度不足且功能不够完善。针对踝关节康复存在的问题,本文提出一种混联式踝关节康复机构。该机构不仅可以实现踝关节的转动,且能实现踝关节的牵伸运动。首先,依据踝关节的结构、运动机理及康复形式,设计了一种能满足踝关节运动功能康复的4-DOF(2-SPU-PU)&R混联机构。该混联机构由2-SPU-PU并联机构与转动副R串联而成,可实现踝关节的单一的趾屈、背伸运动、内翻、外翻运动和内收、外展运动,以及牵伸运动,也可以实现多种运动形式的复合运动。依据驱动方式的优缺点及驱动副的选取原则,对(2-SPU-PU)&R混联式踝关节康复机构的驱动进行选取。其次,应用闭环矢量法对2-SPU-PU并联机构进行位置逆解分析,并对其进行算例分析;基于逆解方程,进行速度分析,求得2-SPU-PU并联机构的雅克比矩阵;依据逆解算例,设置驱动函数,应用SolidWorks软件采用“驱动动静结合”的方法分析2-SPU-PU并联机构的工作空间;分析影响工作空间的因素,应用Matlab软件依据逆解方程求解2-SPU-PU并联机构的工作空间,对工作空间的对比分析,验证逆解方程的正确性。再次,将SolidWorks中的模型导入至ADAMS中,依据动平台的输出轨迹,对2-SPU-PU并联机构进行运动学逆解仿真;对(2-SPU-PU)&R混联踝关节康复机构进行仿真,结果表明其能实现踝关节的康复运动范围且能进行复合运动。最后,采用牛顿—欧拉方程,求解2-SPU-PU并联机构中支链的驱动力,并进行逆动力学仿真。在Anybody软件中,建立了人机系统模型并对其进行逆动力学的仿真研究,求得不同康复状态下的最大肌肉活动量均小于1,未超过踝部肌肉的最大强度且能增加肌肉群的力量,验证了该机构的康复效果。
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