15、静态平衡辅助设备的设计与应用

静态平衡辅助设备的设计与应用

在康复设备的设计中，实现系统的静态平衡是提高设备性能和用户体验的关键。本文将介绍多种不同自由度生物力学系统的静态平衡设计方法，包括弹簧布置、配重校正等内容。

弹簧布置计算

在进行系统平衡时，弹簧的布置和参数计算至关重要。以下是不同方案的弹簧布置计算结果：
| 方案 | n | d (m) | D (m) | D/d | LW (m) | l01,2 (m) | k (N/m) | F01,2 (N) | m21,2 (kg) |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| A | 22 | 0.0032 | 0.04 | 12.66 | 3.015 | 0.132 | 716.048 | 186.03 | 0.183 |
| B | 22 | 0.0032 | 0.04 | 12.66 | 2.14 | 0.132 | 715.693 | 185.94 | 0.183 |
| C | 22 | 0.0031 | 0.04 | 12.68 | 2.14 | 0.132 | 711.111 | 184.752 | 0.182 |

以方案C为例，当两个弹簧沿OB方向相互安装时，只有它们的重力参与平衡表达式。此时，重力矩之和为：
$Mg = (m_{sys1}s_{sys1} + m_3l_1)g \sin \phi$
使用伪零自由长度弹簧时，弹簧力满足：
$F_S = 2F_{0,1,2} + k_{1,2}(l_S - l_0) + 2m_{2,1,2} = k_{1,2}l_S$
当$2F_{0,1,2} + 2m_{2