40、虚拟现实康复评估中串行链接结构 - 并行线系统设计与四杆柔性连杆机构建模分析

虚拟现实康复评估中串行链接结构 - 并行线系统设计与四杆柔性连杆机构建模分析

1. 串行链接结构 - 并行线系统概述

可穿戴机器人领域发展迅速，辅助外骨骼被广泛应用于医疗和工业领域。这些外骨骼可用于患者的步态康复、手臂康复以及训练时提供身体支撑。外骨骼系统采用拟人化结构，刚性连杆形成串行运动链，电缆以并行方式连接。电缆驱动系统消除了对刚性连杆和机械关节的需求，使系统更加轻便。但由于串行单边约束，必须确保所有电缆在任何时候都处于张紧状态，这导致驱动系统存在冗余。

2. 构建圆锥框架：递归过程

• RR运动链 ：通过对末端执行器施加一个与最后一个关节非互易的力来执行算法。RR链上圆锥框架的生成如图1(a)所示，展示了通过基础关节传递的非零扳手。
• 3R运动链 ：对于3R链，首先固定关节3。选择两个力ϕ3₁和ϕ3₂，其轴线需满足以下条件：
  • 条件(a)：两条轴线都不通过关节3的中心；
  • 条件(b)：两条轴线的交点P3（可能在无穷远处）不在连接关节3和关节2中心的直线上；
  • 条件(c)：关节3位于由这些方向（或相反方向）确定的“扇形区域”内。
    假设关节1到2固定，两条电缆沿ϕ3₁和ϕ3₂拉动连杆3可固定关节3。此外，一个非零力ψ2将从连杆3传递到连杆2，其轴线在连接P3和关节3的直线上，方向与ϕ3₁和ϕ3₂指向同一半平面。接着以同样方式使用ψ2作为其中一个力固定关节2，直到固定关节1。四个外部力ϕ1₁、ϕ2₁、ϕ3₁和ϕ3₂生成一个圆锥框架，固定整个链条。该过程在任何配置下都适用，即使链