基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析

李剑锋 徐成辉 陶春静 季润 李世才 张兆晶

基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析

李剑锋1,2徐成辉1,2陶春静3季润3李世才1,2张兆晶1,2

基于踝关节的生理解剖结构和运动特性分析,提出了一种适用于踝关节康复的3自由度3-UPS/RRR并联机构.该机构采用三个主动支链倾斜布置避开了机构的奇异位形,能满足踝关节康复运动需要,同时约束支链和动平台的设计使机构的转动中心与患者的踝关节转动中心重合.应用解析法得到了机构的位置反解,建立了速度雅可比矩阵和静力雅可比矩阵,求解了机构的工作空间.基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能和静力学性能.结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性、刚度特性和力矩传递性能.最后运用牛顿-欧拉法建立了机构的逆动力学方程,得到了驱动力、约束力与运动参数的关系,并给出了仿真实例.

踝关节康复,并联机构,约束支链,力矩传递性能,牛顿-欧拉法

DOI10.16383/j.aas.2016.c160144

踝关节是人体下肢的三大关节之一,是人体运动的重要枢纽和承重关节.在日常生活中,踝关节直接参与站立、跨步、跳跃等动作,并吸收来自地面的冲击,起到保护关节的作用[1].但无法回避的是,人类是由四足行走的人猿进化而来的,所以在进化成两足直立行走后,人类的足部关节存在着先天的缺陷.这种先天的缺陷使得人类的踝关节成为最容易受到损伤的人体关节之一.若踝关节损……