辅助运动索驱并联机器人方案设计与动力学分析.pdf

第12期机械设计与制造

2024年12月Machinery

DesignManufacture

辅助运动索驱并联机器人方案设计与动力学分析

赵振军，臧雨晴，章杰

(北方工业大学机械与材料上程学院，北京100041)

摘要：高龄化导致的脑卒中运动功能障碍患者需要借助于康复机构等进行辅助康复训练。设计一种辅助运动障碍患者从

卧位到站立位基础姿态运动的四索驱并联机器人机构，利用电机驱动绞盘控制绳索伸长缩短辅助人体实现基础姿态的运

动，绞盘缠绕处为钢丝绳，钢丝绳下端连接橡皮绳分别牵引在辅助人体运动的关键节点处。对机构进行运动学分析，求解索

长与牵引点位置坐标的雅克比矩阵，并对绳索牵引人体达到坐立位、站立位运动过程人体运动角度及角速度进行预定规划?

为了考虑橡皮绳弹性的动力学影响，基于拉格朗日动力学进行系统动力学建模，并利用Sinmlink开展动力学仿真，分析机构

牵引人体运动过程中起卧角度、角速度及膝盖屈直角度、角速度的变化规律。在系统动力学模型基础上，应用非线『生前馈补

偿的PID控制方法对绳索收放长度进行控制，使绳索牵引人体安全、平缓地达到期望轨迹及期望速度，确保人体的舒适性，

并2-1用Lyapunov方法证明控制系统的稳定性。针对有无重力补偿项、柔索变刚度和人体不同质量参数等因素对系统动力

学影响进行了仿真，通过对比分析验证了弹性绳作为执行机构的必要性及控制律设计的有效性和稳定性。

关键词：柔索并联机器人；运动学分析；动力学分析；运动仿真；前馈PID控制

中图分类号：THl6；THll3；TBll4_2文献标识码：A文章编号：1001—3997(2024)12-0001—09

andofMotionCableDriveParallelRobot

DesignDynamicsAnalysisAuxiliary

ZHAOJie

Zhenjun，ZANGYuqing，ZHANG

(SchoolofMechanicalandMaterialNorthChinaof10004

1，China)

EngineeringUniversityTechnology，Beljlng

Abstract：Strokewithmotorcausedneedrehabilitationwiththe

patientsdysjunctionbyagingauxiliarytraininghelp可rehabili—

tatt‘onrobotmechanismistoassistthebasicwith

mstttutt‘ons．A扣ur—cable—drivenparalleldesignedposturemovement∥patients

towinchdrivenmotorisusedtocontroltheando／。

dyskinesia疗omlyingpositionstandingposition．Thebyelongationshortening

assistthehumanto