68、七自由度半外骨骼上肢康复机器人与新型质心感知方法

七自由度半外骨骼上肢康复机器人与新型质心感知方法

在康复治疗领域，上肢和下肢的康复机器人发挥着重要作用。本文将介绍一款七自由度半外骨骼上肢康复机器人 UEArm - 7 的设计与控制，以及一种基于 Kinect 相机的新型质心（CoM）感知方法，用于下肢中风康复。

七自由度半外骨骼上肢康复机器人 UEArm - 7

1. 方法

• 上肢运动学模型
  • 首先选择四自由度模型来实现肩部的内收/外展、屈伸、内外旋转以及肘部的屈伸。
  • 考虑到肩带运动导致盂肱关节旋转中心的平移运动，采用三平移自由度模型跟踪旋转中心的运动。
  • 利用改进的 Denavit–Hartenburg (DH) 框架建立七自由度上肢运动学模型，将上肢视为一组刚体，用机器人学中的刚体建模技术描述。运动可用变量 d1, d2, d3, θ4, θ5, θ6, θ7 表示。
• 机械设计
  • UEArm - 7 由三部分组成：六自由度工业机器人 UR5、单自由度肘部外骨骼和基座。
  • UR5 连接外骨骼上部，支持肩部复合体运动，垂直安装在基座上避免奇异性。
  • 肘部外骨骼采用轻质材料，重约 1.7kg，通过电缆控制肘部屈伸，引入两个额外连杆解决自对准问题。
  • 控制盒、肘部关节电机、传感器采集模块和电源置于基座内。
  • 与上肢有多个接触点，包括上臂袖带、前臂袖带和手柄。上臂袖带用软材料，