繩牽引并聯(lián)康復(fù)機器人技術(shù)研究
一、項目簡介 康復(fù)訓(xùn)練機器人是近年來出現(xiàn)的一種典型人機合作系統(tǒng),其主要作用是協(xié)助患者保持平衡能力和幫助患者實現(xiàn)運動功能的恢復(fù)性訓(xùn)練,由于患者與機器人在同一物理空間, 因此對機器人的柔順性、安全性提出了嚴格的要求。鑒于繩索牽引并聯(lián)機構(gòu)作為一種新型的并聯(lián)運動機構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、柔順性好等優(yōu)點,而且不存在剛性體的碰撞、沖擊等缺點,非常適合于康復(fù)機器人的驅(qū)動控制。 二、前期研究基礎(chǔ) 目前本研究團隊對繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)已有廣泛深入研究,針對飛行器標模所構(gòu)建的原理樣機,采用八繩牽引的六自由度冗余約束并聯(lián)支撐技術(shù),該系統(tǒng)具體包括機械傳動子系統(tǒng)(采用八繩布置方式,通過萬向滑輪,分別連接飛行器模型與電機驅(qū)動端)、運動控制子系統(tǒng)(采用伺服電機、多軸運動控制卡和伺服驅(qū)動器,基于并聯(lián)機器人技術(shù)的智能魯棒控制方法,實現(xiàn)對期望軌跡的高精度跟蹤)、模型位姿測量子系統(tǒng)(采用相機、陀螺儀和加速度計等多種傳感器,實現(xiàn)對模型運動軌跡的高精度動態(tài)測量)、繩拉力和氣動力測量子系統(tǒng)(在試驗?zāi)P驮O(shè)計了內(nèi)置式六分量測力天平,以實現(xiàn)對氣動力的實時監(jiān)測)。 結(jié)合醫(yī)療康復(fù)的實際需求,將進行繩牽引并聯(lián)康復(fù)機構(gòu)方案設(shè)計,系統(tǒng)運動空間與運動學(xué)、動力學(xué)分析等;采用智能傳感器技術(shù)與控制技術(shù),搭建原理樣機并進行實驗驗證,最終實現(xiàn)康復(fù)機構(gòu)的高可靠性與高安全性運動訓(xùn)練。 三、應(yīng)用技術(shù)成果(1)應(yīng)用技術(shù)成果(文字加圖片) 截止目前,本課題團隊研究的繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)在四項國家自然基金的支持下,不僅在實驗室搭建了多功能原理樣機(圖1),更在實際風(fēng)洞單位進行了試驗驗證(圖2),表明了相關(guān)科技術(shù)的可行性和有效性。 擬將繩牽引并聯(lián)機器人技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)方面,如骨盆運動、步態(tài)訓(xùn)練以及腕關(guān)節(jié)恢復(fù)等,相關(guān)示意圖如圖3-4所示。 四、合作企業(yè) 擬與校內(nèi)相關(guān)學(xué)院與附屬醫(yī)院合作。
廈門大學(xué)
2021-04-11