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球面外骨骼并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)及工作空間分析

作者:趙耀虹; 夏昊; 夭銀銀; 李瑞琴 中北大學(xué)機械工程學(xué)院; 太原030051

摘要:本文基于生物力學(xué)模型開源軟件OpenSim生物力學(xué)仿真曲線,針對腿部運動功能受損的患者或患有行走功能障礙的老年人的康復(fù)治療,提出了一種2自由度的球面髖關(guān)節(jié)外骨骼并聯(lián)機構(gòu)。首先,對并聯(lián)機構(gòu)進行建模,通過逆運動學(xué)分析得到機構(gòu)的位置反解,對反解進行求導(dǎo),推導(dǎo)出該機構(gòu)的速度分析表達式。將模型分別導(dǎo)入機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件ADAMS與矩陣處理分析軟件MATLAB中進行仿真實驗,通過兩者的速度仿真結(jié)果比較,驗證了速度分析的正確性。然后,根據(jù)獲取的雅可比(Jacobian)矩陣對該機構(gòu)進行了3種奇異位型分析,根據(jù)機構(gòu)反解在MATLAB中編程,給定機構(gòu)參數(shù)與限制條件,獲得該機構(gòu)的可達工作空間。最后,構(gòu)建原理樣機實驗平臺。實驗結(jié)果表明,外骨骼髖關(guān)節(jié)采用這種并聯(lián)機構(gòu),能夠滿足人體髖關(guān)節(jié)的運動轉(zhuǎn)動角度要求,也可以協(xié)助患者較好地進行腿部的前屈后伸運動和外展內(nèi)收運動,有助于開展相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練,并且對人體髖關(guān)節(jié)外骨骼并聯(lián)機構(gòu)的研究也具有理論意義與應(yīng)用價值。

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