15、脊柱侧弯矫正：机器人支架与航天器对接驱动的创新设计

脊柱侧弯矫正：机器人支架与航天器对接驱动的创新设计

机器人支架的机械设计

机构架构

机器人支架主要由骨盆环、中胸环和上胸环组成，这三个环位于不同平面，且每个环的中心都处于人体脊柱的中心位置。在运动链中，每条支腿在点 $A_i$ 处有一个万向节，一个沿向量 $q_i$ 方向作用的线性串联执行器，以及在点 $B_i$ 处的另一个万向节。

运动学约束

Stewart 平台由两部分通过六个可变长度的支腿连接而成，支腿长度可根据执行器的行程长度进行调整。为了获得运动学模型，将骨盆上的基坐标系作为参考，其具有正交的 $x$、$y$、$z$ 轴。每个平台的架构遵循 6 - 6 Stewart - Gough 平台的运动学结构，所有支腿具有相同的运动链。平台相对于基座具有 6 个自由度，其原点可通过相对于基座的 3 个平移位移来定义，每个轴对应一个位移。然后通过三次旋转来定义平台的方向，同样相对于基座。使用一组三个角度按照 Pitch - Roll - Yaw 形式来定义坐标系，即先绕固定的 $x$ 轴旋转 $\omega$，接着绕固定的 $y$ 轴旋转 $\theta$，最后绕固定的 $z$ 轴旋转 $\varphi$。平台相对于基座的旋转矩阵定义为：
$P_{RB} = R_x(\omega) \cdot R_y(\theta) \cdot R_z(\varphi)$
对于第 $l_i$ 条支腿，锚点 $p_i$ 相对于基座参考框架的坐标 $q_i$ 由以下方程给出：
$q_i = T + P_{RB} \cdot p_i$
其中，平移向量 $T$ 表示 Stewart 平台原点框架相对于基座参考框架的位移，$p_i$ 是定