23、新型多中心机构运动学综合方法的应用

新型多中心机构运动学综合方法的应用

1. 运动学综合概述

人类行走的步态周期包含重复运动，虽人体在解剖学视角下的旋转发生在三个不同平面，但可用单自由度机构模拟。在矢状面，运动模拟机构需遵循具有两个自由度的瞬时旋转中心（ICR）轨迹，并提供相应的屈曲角度，任务自由度为三个。多中心机构设计目标之一是运动能力低于任务自由度，因此运动学综合程序很适合此类应用。针对步态的站立相和摆动相，需分别进行运动学综合。

2. 站立相运动学综合

• 参数确定 ：站立相运动学综合所需参数如图 2.a 所示。仅观察站立相，任务有三个自由度，两个源于点 E 的平面轨迹，一个源于屈曲角度。因站立相结构为单自由度四杆机构，需增加一个自由度以实现特定位置误差的运动，故 r3 可变。
• 机构设定 ：在图 2.a 所示机构中，固定点 B 为原点，点 A 由参数 ρA 和 ∅A 定义，是四杆机构的第二个固定接地端，两者都位于大腿残肢上。连接脚部的挂架管与 r2 连杆（关节 C 和 D 之间的连杆）以可变角度连接。膝关节屈曲时，关节 C 和 D 的运动取决于参数 r1、r3、θ1 和 θ3，角度 θ2 表示屈曲角度变化，点 E 是机构的瞬时旋转中心，取决于参数 ρ0、θ0 和 θ3。
• 方程推导
  • 给出 x 和 y 坐标及角度关系的闭环方程：
    [
    \begin{cases}
    r_1c\theta_1 + r_2c\theta_2 = \rho_Ac\varnothing_A + r_3c\th