15、脊柱侧弯矫正利器：机器人支架与航天器对接驱动技术解析

脊柱侧弯矫正利器：机器人支架与航天器对接驱动技术解析

机器人支架的机械设计

机器人支架的机械设计是矫正脊柱侧弯的关键所在，它主要包含了机构架构和运动学约束两方面内容。

机构架构

机器人支架由骨盆环、中胸环和上胸环组成，这三个环处于不同平面，且环心都位于人体脊柱中心。在运动链中，每条支腿在点 Ai 有一个万向节，沿着向量 qi 方向有一个线性串联执行器，在点 Bi 还有另一个万向节。这种设计使得支架能够灵活地适应人体的运动和姿势变化。

运动学约束

Stewart 平台由两部分通过六个可变长度的支腿连接而成，其架构遵循 6 - 6 Stewart - Gough 平台的运动学结构，各支腿运动链相同，平台相对于基座有 6 个自由度。为了确定平台的位置和姿态，需要用到一系列的运动学模型和方程：
- 旋转矩阵：平台相对于基座的旋转矩阵 PRB 由绕固定 x 轴旋转 w、绕固定 y 轴旋转 h 和绕固定 z 轴旋转 / 定义，即 PRB ＝ Rx(w) : Ry(h) : Rz(/)。
- 锚点坐标：对于第 li 条支腿，锚点 pi 相对于基座参考框架的坐标 qi 由方程 qi ＝ T ＋ PRB : pi 给出，其中 T 是平移向量，pi 是定义锚点 pi 坐标的向量。
- 支腿长度：第 li 条支腿的长度 li 由方程 li ＝ T ＋ PRB : pi - bi 给出，bi 是定义下锚点 Bi 坐标的向量。
- 运动学回路：每条连接固定基座 A 和移动平台 B 的支腿形成一个运动学回路，可表示为 qi ＝ pB - ai ＋ RB : bi（i ＝ 1, …, 6）。
- 正向运动学方程：