8、线缆驱动设备与经皮骨水泥成形术注射装置的研究

线缆驱动设备与经皮骨水泥成形术注射装置的研究

线缆驱动肘部辅助装置 CADEL

装置设计与工作原理

CADEL 是一款用于肘部屈伸康复的线缆机器人。它具有特殊设计的环形结构，其中一个环有特定形状和延伸部分，可避免肘部与手臂后方的线缆发生碰撞。该装置通过改变线缆长度来控制手臂的弯曲和伸展动作。

装置的工作过程涉及集成不同的传感器，如 EMG 传感器用于观察手臂肌肉的反应，IMU 传感器用于了解手臂的角运动。LARM 使用 Arduino 处理器来控制线缆机器人，同时编写了计算机程序来控制伺服电机并接收所有传感器的数据。机器人的线缆由四个伺服电机控制，每个伺服电机连接到终端器官的线缆，以实现肘部的屈伸。

装置的设计基于线缆驱动架构的运动学原理，每根线缆的长度根据前臂的旋转角度进行计算。以下是装置主要设计数据的总结：
| 设备组件 | 测量值 |
| — | — |
| 上环 | 半径：65 mm |
| 下环 | 半径：50 mm；长度：328 mm |
| 伺服电机 | 角度范围：180° |
| 滑轮 | 半径：11.5 mm |

装置的伸展运动通过手臂前后的伺服电机反向工作实现，此时线缆 l1 长度增加，l2 长度减小；弯曲运动则通过反转伺服电机的旋转来完成。

测试布局与实验模式

CADEL 的测试布局如图所示，为了记录扭矩、方向和检测肌肉活动，该辅助装置分别配备了电流传感器、IMU 传感器和 EMG 传感器。

实验计划通过装置的电机控制手臂进行屈伸运动。测试使用 2.5 kg 的负载，以检查装置在主动 - 被动