坐式下肢康复机器人运动学分析及仿真

吕　河，赵广亮

(河北工业大学 机械工程学院,天津　300130)

0　引言

随着社会老龄化进程的加快以及由于各种疾病、工伤和逐渐增多的交通事故等原因造成下肢损伤人数的不断增加，使得国内发展康复事业变得十分的重要和紧迫[1]。经过临床实践证明，通过驱动康复机器人脚踏板运动对老年人和残疾人进行康复训练，能够有效地提高他们的下肢运动机能[2]。为了更好地了解坐式康复机器人工作机理，需对其进行运动学分析。康复机器人的运动分析包括先在由运动学正分析求得的下肢关节活动空间内确定想要的康复训练轨迹，然后利用由运动学逆分析得到的参数求出患肢在实际训练中的活动轨迹，通过比较两个轨迹找出实际轨迹与预期的偏差，从而相应地调整控制策略，以便最有效地达到对患肢康复训练的目的。

1　坐式下肢康复机器人

该康复机器人的设计原理是：利用两个连杆机构模拟人体的下肢[3]，利用具有二自由度的球销副模拟下肢的髋关节和踝关节，膝关节则用旋转副替代，座椅与人体的下肢组成空间四杆机构，利用机器人带动患者肢体从而对髋、膝、踝关节进行有效的恢复练习。机器人的运动是由两个同心布置的旋转电机驱动来实现的，人机模型简图如图1所示。旋转运动由电机直接驱动实现，伸长运动则是通过旋转电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动脚踏板滑动实现的，故机器人有两个自由度。改变两个同心电机的驱动参数，就能够获得下肢体髋、膝、踝关节不同的运动规律。……