PPRRRP和RRRPU肩关节康复外骨骼机构运动性能的分析比较

作     者：李剑锋 刘钧辉 张雷雨 陶春静 季润 赵朋波 LI Jianfeng;LIU Junhui;ZHANG Leiyu;TAO Chunjing;JI Run;ZHAO Pengbo

作者机构：北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2018年第40卷第4期

页      面：500-509,517页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51675008 51705007) 北京市自然科学基金(17L20019 3171001) 中国博士后科学基金(2016M600021) 北京市博士后基金(2017-ZZ-038) 北京市科技计划(Z161100001516004 KM201810005015) 

主　　题：肩关节康复 外骨骼机构 人机相容性 可操作度椭球 灵巧操作速度 

摘      要：基于外骨骼机构的构型综合和优选原则,提出PPRRRP和RRRPU两种外骨骼构型.在优选的构型中,通过在人机连接处引入被动关节,使外骨骼机构和人体上臂形成的人机闭链转化为3-DOF(自由度)运动学恰约束系统,实现人机运动学相容.从人机闭链整体的角度,分别建立PPRRRP和RRRPU人机闭链运动学模型,通过对被动关节的合理分解及运动学特征分析,推导其运动学约束方程,并分别求得两闭链的速度雅可比矩阵,该方法降低了人机闭链运动学分析的复杂性.通过对速度雅可比矩阵的数值仿真,在冠状面、矢状面和水平面对2种外骨骼构型进行条件数倒数、可操作度椭球以及灵巧操作速度的分析比较.结果表明:在上述3个面内,PPRRRP构型的运动灵活度、运动各向同性和速度操作灵巧性的运动学性能要优于RRRPU.在此基础上,研制了PPRRRP构型的上肢康复外骨骼样机.