基于串联弹性驱动器的上肢康复机器人设计与运动规划

摘要

脑中风幸存者中约75％的患者会患有包括偏瘫、面瘫、视力障碍、语言表达障碍等，其中偏瘫是中风后最常见的症状。在脑重塑理论的基础上，肢体运动康复得到了临床验证，让偏瘫患者看到了恢复肢体运动功能的希望。而临床的康复训练，都是治疗师以一对一的方式徒手或者使用辅助器具引导病人完成肢体运动。这种康复方式效率低，康复效果缺乏客观的参数，难以大规模普及。
　　随着科技的发展，许多科研团体研发出了用于肢体康复的机器人系统，开发出与之相对应的康复模式，控制策略，让康复机器人在康复领域取得了很好的康复效果。同时康复机器人具有良好的经济价值，这让康复机器人可以很好的应用到偏瘫运动治疗中，弥补理疗师的缺陷，普及更多的偏瘫患者。
　　本研究在深入研究人体运动学基础和运动康复理论的基础上，结合国内外文研究现状，设计了一种基于弹性驱动器的上肢康复机器人，进行了以下的研究任务。设计出5自由度弹性绳驱康复机器人的总体方案，确定自由度的分配，建立旋转关节模型，分析和设计弹性驱动方案。建立该驱动器的动力学模型，并分析其动力学特性。建立康复机器人的连杆坐标系，通过D-H法建立外骨骼康复机器人的运动学方程，求解康复机器人运动学的正/逆解和雅可比矩阵，运用Matlab和ADAMS验证机器人的运动学正解的正确性，通过Matlab求解康复机器人的运动空间。
　　研究机器人轨迹规划方法，使用Matlab robotic toolbox在关节空间规划出机器人轨迹。对机器人轨迹进行关节空间运动学分析，复杂轨迹进行平滑化处理，使其能够保证康复机器人平稳运动，在Matlab中分析康复机器人关节空间的运动学特性。建立康复机器人的仿真模型，使用ADAMS分析康复机器人轨迹的笛卡尔空间运动学特性，进行动力学仿真验证康复机器人的可靠性。