中醫(yī)推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器的機(jī)型選擇與運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究.pdf

1、中醫(yī)推拿是一種行之有效的醫(yī)療保健手段,至今已有2千多年的發(fā)展歷史,一直是緩解和治療各種慢性疼痛最為有效的手段之一。然而,時(shí)至今日在推拿手法的推廣過(guò)程中,各大醫(yī)院的臨床治療仍由有經(jīng)驗(yàn)的推拿師人工進(jìn)行。推拿工作勞動(dòng)強(qiáng)度大,推拿療效取決于推拿醫(yī)師的技術(shù)熟練程度、推拿經(jīng)驗(yàn)和推拿手法的力度、位置等多種人為因素,從而阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用。因此,研制中醫(yī)按摩機(jī)器人以代替推拿師的人工勞動(dòng)對(duì)于提高人們的生活質(zhì)量和幸福指數(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用

2、價(jià)值。
　　 本文在國(guó)家863項(xiàng)目的支持下,對(duì)中醫(yī)按摩機(jī)器人末端執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)型式及主要運(yùn)動(dòng)學(xué)性能進(jìn)行了研究。提出將串聯(lián)機(jī)械臂與并聯(lián)末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)配合使用,完成推拿手法中按、揉、滾、拍、振等主流動(dòng)作。其中,串聯(lián)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按摩位置的初步定位和對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整,并聯(lián)末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沿自身軸線方向的平移和繞與軸線方向垂直的平面內(nèi)的一維轉(zhuǎn)動(dòng)。該混聯(lián)中醫(yī)按摩機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作空間大,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,剛度高,動(dòng)平臺(tái)擺動(dòng)角度大,能較

3、好地滿足推拿操作特性要求。論文的主要研究工作如下:
　　 第一,以實(shí)現(xiàn)按、揉、滾、振、拍主流推拿手法為目的,依據(jù)推拿手法的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,對(duì)中醫(yī)推拿機(jī)器人進(jìn)行了整體方案設(shè)計(jì)。串聯(lián)機(jī)械臂(含龍門架)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按摩位置的初步定位和姿態(tài)調(diào)整,安裝在機(jī)械臂終端的并聯(lián)末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)一平移一轉(zhuǎn)動(dòng)兩自由度運(yùn)動(dòng)。基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論,完成了末端執(zhí)行器主體并聯(lián)機(jī)構(gòu)的選型,并用ADAMS驗(yàn)證了該機(jī)型的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。
　　 第二,對(duì)所選末端

4、執(zhí)行器的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位置正反解分析,通過(guò)對(duì)位置方程求導(dǎo),得出機(jī)構(gòu)的速度、加速度正反解數(shù)學(xué)表達(dá)式,利用MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真對(duì)得出的理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析。基于反解模型,運(yùn)用蒙特卡羅思想及三維網(wǎng)格搜索法得到機(jī)構(gòu)的工作空間。運(yùn)用Jacobian代數(shù)法,對(duì)機(jī)構(gòu)的奇異位形進(jìn)行了分析,得出機(jī)構(gòu)出現(xiàn)奇異位形的類型和條件。
　　 第三,采用傳遞矩陣法研究由靜態(tài)誤差引起的推拿機(jī)器人末端位姿誤差?；跈C(jī)器人末端執(zhí)行器位置反解結(jié)果,通過(guò)全

5、微分誤差分析理論,建立誤差模型,進(jìn)行求解計(jì)算,構(gòu)造了機(jī)器人末端執(zhí)行器并聯(lián)機(jī)構(gòu)輸出位姿誤差與各誤差源之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。重點(diǎn)研究了桿長(zhǎng)誤差、驅(qū)動(dòng)誤差和運(yùn)動(dòng)副問(wèn)隙誤差對(duì)機(jī)構(gòu)精度的影響,得出桿長(zhǎng)誤差對(duì)末端執(zhí)行器精度的影響最大。
　　 第四,根據(jù)中醫(yī)推拿手法的施力及負(fù)載要求,合理設(shè)計(jì)了中醫(yī)推拿機(jī)器人末端執(zhí)行器的硬件和軟件系統(tǒng)。以小型化、輕量化和實(shí)用性的設(shè)計(jì)理念,對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)中醫(yī)推拿機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行試制、調(diào)試和實(shí)驗(yàn),表明