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康复机器人是一种将机器人技术和康复治疗方法相结合,为患者提供高效、便捷康复训练的医疗设备。当今社会,患有肢体运动障碍的患者数量呈现递增趋势,康复治疗领域迫切需求不同种类的康复机器人为不同患者提供康复治疗,并且希望康复机器人价格低廉、功能多样且安全性好。本文基于现有的上、下肢康复机器人研究成果,引入绳索驱动机器人惯性小、工作空间大、可重构、柔顺性好的优良性能,设计一款结构简单、成本低廉且功能多样的康复机器人,辅助患者进行上、下肢的康复训练。由于绳索的柔顺特性,在康复训练中,绳索只能承受拉力,为了保证康复训练过程中所有绳索都处于张紧状态,对于 n自由度的康复机器人需要采用 n+1根绳索的冗余驱动。 在分析人体上、下肢关节活动规律的基础上,参考传统的康复治疗方法,将本文所设计的康复机器人划分为四种训练模式,对每一种训练模式下的机器人构型,采用Monte Carlo方法进行优化,使康复机器人有良好的鲁棒性和足够大的工作空间。在确定机器人构型的基础上,推导由关节串联和绳索并联组成的混联机构中绳索的长度、速度和加速度与关节角度之间的关系,针对每种训练模式,求解具体的数值解;在运动学分析的基础上,对比求解了优化参数的安装误差引起的驱动绳索长度变化。对康复机器人进行动力学分析时,分别用牛顿-欧拉方程法和拉格朗日方程法建立了下肢的动力学方程,两种方法进行对比验证建模的合理性,并求解了绳索的拉力。在求得绳索的拉力值后,基于虚功原理推导出绳索驱动串、并联机构的笛卡尔空间刚度,求得康复训练过程中,康复机器人沿运动轨迹的刚度变化。利用建立的拉格朗日动力学方程,基于轨迹追踪控制目标,设计带重力补偿项的PD控制器,在simulink中进行仿真计算,验证控制方案的可行性。 最后,搭建下肢步态康复训练实物仿真模型,通过硬件设备的安装、调试,运行出正常的步态周期,在实验中驱动绳索始终处于张紧的状态,证明理论分析合理。