上肢康復機器人線管鋼絲繩傳動性能與運動控制研究.pdf

1、上肢康復機器人執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計要求簡潔輕巧，具有一定的靈活性，同時要根據(jù)康復運動特性（低速、變載、帶緩沖等）選擇合適的傳動系統(tǒng)和驅(qū)動裝置。一般工業(yè)機器人或應(yīng)用于特殊環(huán)境的機器人機械臂關(guān)節(jié)普遍采用電機、齒輪減速器、關(guān)節(jié)軸直接連接的傳動機構(gòu)。這種機構(gòu)要求電機與齒輪減速器安裝在機器人機械臂關(guān)節(jié)附近，造成整體重量、體積、造價和內(nèi)部消耗的增加，降低了機器人對外做功的能力和效率。按照“最輕自重最大負載能力”原則，對康復機器人機械結(jié)構(gòu)做出的各種改進研究中

2、，最具有突出效果的是線管鋼絲繩傳動。尤其是線管鋼絲繩傳動用于外骨骼穿戴式上肢康復機器人，其傳動系統(tǒng)的性能研究具有重要的理論與實用價值。
　　本文首先對國內(nèi)外鋼絲繩傳動技術(shù)的研究成果進行分析總結(jié)，然后根據(jù)本組所設(shè)計出的一套適于上肢康復機器人傳動的柔性傳動系統(tǒng)——線管鋼絲繩傳動系統(tǒng)，對線管鋼絲繩傳動系統(tǒng)的傳動性能進行了較深入研究，具體包括：
　　建立了線管鋼絲繩傳動靜力學模型，研究分析套管與鋼絲繩間相互作用關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其與套管和鋼

3、絲繩間的摩擦系數(shù)、線管鋼絲繩的傳動空間位姿等密切相關(guān)，并具有一定非線性。
　　利用有限元素法對管線傳動空間位姿進行分析，提出了管線傳動的布線方式，并給出了一種基于測定與仿真方法來確定鋼絲繩套管各近似圓弧段對應(yīng)圓心角之和的方法。
　　通過對上肢康復機器人的機構(gòu)分析，確定了各關(guān)節(jié)線管鋼絲繩傳動的布線，然后對各套管活動段空間位姿進行分析，最終確定了適于本上肢康復機器人各關(guān)節(jié)處活動套管合適管長。
　　對套管、鋼絲繩的正確選擇和

4、使用、材料選擇、安裝及維護，鋼絲繩端部固定方式的選取等做了較為全面的介紹，初步選出了滿足上肢康復機器人用的套管和鋼絲繩，并給出套管實際工作時需滿足的最小曲率半徑Rmin確定的方法，為線管鋼絲繩傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。
　　本文還設(shè)計了測量上肢康復機器人用線管鋼絲繩傳動特性的實驗平臺，實驗測定了線管鋼絲繩傳動的摩擦系數(shù)、驗證了本文導出的線管鋼絲繩傳力特性公式的正確性，反映出套管曲率半徑對套管彎曲應(yīng)力影響顯著。通過仿真方法和試