do:i10.3969/.jissn.1671-7775.2010.02.002

1R2T绳索牵引骨盆康复机器人动力学

王克义,张立勋,张今瑜,刘富强

(哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:运用影响系数方法对1R2T绳索牵引骨盆康复机器人的运动学进行了分析,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系,通过Matlab对骨盆步态中期望轨迹进行仿真,得到各根绳索加速度变化曲

线;基于机器人力螺旋平衡方程,并利用牛顿欧拉法和达朗伯原理建立了机器人动力学模型.运用仿真方法对机器人逆动力学特性进行分析,得出绳索最小拉力阈值的设置对各根绳索拉力变化规律具有影响的结论.运用Matlab和Adams建立了机器人动力学模型,分别对是否考虑绳索刚度两种不同情况进行了联合仿真,结果证明所建模型的正确性,同时得出绳索最小拉力阈值和绳索刚度对系统运动性能的影响规律.

关键词:绳索牵引;康复机器人;动力学;刚度

中图分类号:TP273 文献标志码:A 文章编号:1671-7775(2010)02-0131-05

Dynamicsonpelvisfora1R2Twire drivenparallelrobot

WangKeyi,ZhangLixun,ZhangJinyu,LiuFuqiang

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin,Heilongjiang150001,China)

Abstract:Byusingtheinfluencecoefficientsmethod,thekinematicsofthe1R2Twire drivenpelvicre

habilitationrobotwasanalyzed.Therelationshipofmappingbetweenthemotionofpelvisandwirewasobtained.Matlabwasusedtosimulatethepelvicexpectedtrajectoryinwalking,andthevariationcurvesforeachwire saccelerationwereobtained.BasedonspiralforcebalanceequationofrobotandbyusingNewton EulermethodandD Alembert sprinciple,thedynamicequationswereestablished.Byusingsimulationmethod,characteristicsofrobot sinversedynamicswereanalyzed.Itisconcludedthatthesetofthethresholdoftheminimumtensileforceactuallyhasinfluenceonregularityforchangeofeachwire stensileforce.ByusingMatlabandAdams,thekineticmodelofrobotwasestablished,thesimulationwascarriedoutforthecaseofwhetherconsideringropestiffnessorno.tTherelevantmodelisprovedtobecorrec,tandtheregularityforchangeofkinematicperformanceinfluencedbybothminimumthresholdandcablestiffnessisobtained.Keywords:wire driven;rehabilitationrobots;dynamics;stiffness 绳索牵引并联机器人作为一种新型的运动机构,具有结构简单、柔性好、惯性小、运动空间大和运动速度快等优点,适合用于康复训练机器人系统.从20世纪90年代初至今许多国家开展绳索牵引机构

的研究工作,研究主要集中在绳索牵引并联机构的工作空间、运动学、拉力优化、轨迹规划和控制策略等方面,在上述研究中一般均认为绳索的刚度无穷大

[1]

.如德国杜伊斯堡-埃森大学分析了绳索牵引

收稿日期:2008-05-22

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60575053);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20060217024);黑龙江省自然科学基

金资助项目(42400621-1-09139)

作者简介:王克义(1979 ),男,黑龙江哈尔滨人,博士研究生,讲师(wangkey@ihrbeu.edu.cn),主要从事康复机器人技术研究.

(1962 ),男,,,(zxun@hrbeu..