5、躯干康复与下肢助力外骨骼机器人的设计与研究

躯干康复与下肢助力外骨骼机器人的设计与研究

1. 躯干康复柔顺并联机械手

1.1 测试内容

在站立框架上进行了多项测试，模拟典型的康复训练，具体如下：
- 静态测试
- 躯干在X、Y和Z轴上的旋转，可以单轴旋转，也可以多轴同时旋转
- 针对偏瘫患者的病理测试，患者尝试保持静止，使健康一侧身体承受更大负荷

将测试获得的数据导入Matlab，计算躯干的旋转角度和位移。根据图中的参考系统，最大值和最小值如图1所示，这些角度用于确定机械手的规格。

1.2 柔顺并联机械手的运动学

• 结构组成 ：患者穿着的夹克作为移动平台，由四根柔性杆驱动。柔性杆固定在四个电机轴（Ai，i = 1 - 4）上，并通过各自的球形关节（Bi）连接到夹克，呈椭圆形配置。四个电机固定在站立框架上，其轴与另一个相同的椭圆相切，参考系统原点位于下椭圆的中心，两个椭圆之间的高度取决于患者的体型。
• 逆运动学问题求解 ：首先需要知道夹克的位置，为此编写了一个由站立框架支撑的患者的简单运动学模型，将人体视为由球形关节连接的一组杆，由肌肉施加的合力矩驱动。确定身体各部分的位置后，可得到一组四个OBi球形关节的位置。
• 人体静态问题求解 ：计算施加在关节上的所有扭矩。假设神经损伤患者无法提供在给定位置保持平衡所需的力，夹克必须进行补偿。引入α因子表示患者的缺陷程度，0表示完全残疾，1表示无残疾，机械手为保持位置必须在胸部提供的扭矩为：
  [
  \tau_{man} =