踝关节扭伤是骨科临床常见病,易造成踝关节不稳而出现反复扭伤和关节活动度障碍等后遗症。临床试验证明:踝关节扭伤后的康复治疗可以实现踝关节功能的最大恢复,避免后遗症的发生。目前临床使用的踝关机康复器械功能单一,不能满足康复治疗的全部需要。基于并联机构的踝关节康复机器人处于研究阶段,并且大都存在成本过高、噪音大、使用不方便等缺点,不适合家庭使用。 在并联机构中,机构构型决定了机器人的特性。因此,作者从踝关节康复机理出发,在分析和比较了当前可以实现踝关节康复治疗的各种并联机构后,提出了一种带有中心支撑轴的、旋转输入型的新型3-RSS/RU三自由度并联机器人。该机器人可实现三轴旋转运动,符合踝关节康复治疗的需要。 本论文首先推导了3-RSS/RU并联机器人的运动学反解方程,并对位置正解进行了分析,推导了速度雅可比矩阵,在此矩阵的基础上,利用虚功原理得到了力矩传递雅可比矩阵,对力矩的输入输出做出了仿真。在运动学反解的基础上,通过边界数值搜索的方法,对工作空间各截面进行了分析,绘制出了工作空间的三维曲面图,得出了工作空间的形状,讨论了尺寸参数对工作空间的影响并得出了相应的结论。然后利用空间模型理论研究了该并联机器人的速度各向同向性,并绘制了性能图谱,为今后的优化设计奠定了基础。 在反解的基础上,采用参数化设计和人机交互相结合的方法,用MATLAB开发了3-RSS/RU并联机器人运动学和工作空间仿真系统。该系统验证了3-RSS/RU并联机器人符合踝关节康复治疗的需要,并对提高其设计效率具有一定的价值。