24、用于手部康复的五杆机构与可伸展连续机器人臂设计

用于手部康复的五杆机构与可伸展连续机器人臂设计

五杆机构助力手部康复

五杆机构以其能够高精度重现复杂轨迹而闻名。为了实现手部康复中除拇指外四指的屈伸运动，提出了一种两自由度的单五杆机构。单自由度机构无法逐点跟踪真实手指的屈伸运动，而两自由度则解决了这一问题。

真实手指轨迹是通过运动捕捉系统记录多个健康受试者的屈伸运动获得的，并作为参考轨迹。单五杆机构的技术要求如下：
1. 机构应高精度跟踪参考轨迹。
2. 仅考虑五杆机构的一种配置。
3. 机构应同时重现四指的屈伸运动。

五杆机构的运动学分析

五杆对称机构中，$L_1$、$L_2$、$L_3$、$L_4$ 代表连杆长度，$L_0$ 是固定点 $A$ 和 $E$ 之间的距离。点 $B$ 和 $F$ 分别描绘半径为 $L_1$ 和 $L_2$ 的圆形轨迹，驱动关节对应 $h_1$ 和 $h_2$，点 $C$ 为机构的末端执行器。

点 $C$ 的正向运动学方程如下：
$C =
\begin{bmatrix}
C_x \
C_z
\end{bmatrix}
$
其中，
$C_x = L_1 \cos h_1 + \frac{1}{2} [L_0 + L_1 (\cos h_2 - \cos h_1)] - L_1 [\sin h_2 - \sin h_1] \sqrt{L_2^2 H_2 - \frac{1}{4}}$
$C_z = L_1 \sin h_1 + \frac{1}{2} L_1 [\sin h_2 - \sin h_1] + [L_0 + L_1 (\cos h