上肢康复机器人设计（含CAD图纸proe三维图、仿真动画）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 摘要 外骨骼系统由多个与人体关节相似的关节组成的机械系统，通过与人体相连接而发挥功能，属于机器人的范畴，对其进行的研究活动就属于机器人研究领域分支。该系统能有效帮助身患残疾运动不便的人恢复运动能力，因为患者使用操作该系统，与身体之间能传递体力，一定程度上可以增强运动能力。 笔者在文中对人体上肢运动进行了全面的分析，主要是从实用性方面来进行的。笔者运用专业知识设计了一款可以依附于人体的上肢机器人，它能实现自由的转动，非常符合身体上肢的运动需求，便于人体的穿戴。通过深入分析可知，在设计该款机器人的时候，使用了 法，它属于连杆坐标系里的。依次为基础，创建了该款机器人的连杆坐标系图，并以此为基础，设计了机器人运动模型。除此之外，还对机器人运动的正逆问题进行了分析，推导除了的雅可比矩阵。当计算出机器人速率的前提下，使用该矩阵就能推算出它的尾端运动水平。机器人的工作空间受到连杆长度以及空间尺寸的影响，得出该结论，使用过使用图解法对其空间进行分析做出的。一般情况下，设计人员都是利用 计软件，来创建机器人系统结构模型。为了获取它的运动轨迹数据，设计者会进行仿真练习。除此之外，笔者还深入研究了机器人不同关节的相关 信息，以此为基础，绘制了关节的位置以及运动速度曲线。所有的数据收集和数据分析，都是从理论上证明了该系统的科学性，为之后的专业性研究奠定了理论基础。 关键词 ： 、康复设备、可穿戴式机器人、运动学分析 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 is of a of of a by to to of to of of to a in of a I to a be to of it a it is of of to s in of -H to of by a on of is in to is of of of be to its of is by of of a to In to a In to on In we of as a to 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 目 录 摘要 . 1 . 2 绪论 . 9 究背景与意义 . 9 内外研究现状及分析 . 10 外发展概况 . 8 外发展概况 . 13 在的问题 . 15 要研究内容 . 16 第 2 章机器人总体结构设计 . 17 器人的设计要求及原理 . 17 体上肢运动分析 . 17 器人设计原理 . 18 械人总体方案的设计 . 19 器人驱动方案设计 . 21 动方式的选择 . 21 动方案的设计 . 21 器人总体机械结构 . 25 章小结 . 26 第 3 章机器人的运动学分析 . 27 器人的运动学正分析 . 27 杆坐标系及连杆参数的确定 . 27 杆变换和运动学方程 . 29 器人的运动学逆分析 . 31 章小结 . 34 第 4 章运动空间分析 . 35 作空间的确定方法 . 35 节杆长对工作空间的影响 . 37 章小结 . 39 第 5 章总论与展望 . 40 结 . 40 望 . 41 构创新的展望 . 41 制创新的展望 . 41 致谢 . 43 参考文献 . 44 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 绪论 究背景与意义 最近几年，电子技术发展迅速，通过与结构学的相结合，研制出了机器人，成为现代科技的重要标志，在机电科学领域属于高端科研成果。科学家为了研制出机器人，综合运用了电子信息、自动化以及机械设计等各个专业研究领域的现金研究成果。现如今，专用于医学方面的机器人技术有了 突飞猛进的发展，这主要得益于与之相关的工程机械学、生物技术、电子信息技术、电脑职能技术以及其他与之相关的领域专业知识研究成果层出不穷，这些学科专业知识的发展，有力的推动了医疗专用机器人设备的发展。为了在医疗诊断和患者康复方面，工作水平有进一步的提高，科学家通过对不同学科最新研究成果的研究和分析，设计了机器人。最为常见的就是辅助病人身体康复的机器人，这类机器人的主要功能是帮助病人恢复运动功能，对伤害的肢体进行矫正。医用康复机器人分为两类，最主要的、使用最广泛的就是辅助机器人，它的主要使用者是年老体弱者或身有残 疾者，能充当肢体发挥部分运动功能，从而能基本应对平常的生活工作需要。 全球范围内，不少国家已经步入老龄化社会，联合国相关部分的数据统计显示，再过不到五十年，全球的老年人数量会翻一番。除此之外，因各种人为和自然灾害产生的残疾人数量也会激增，他们必须有专人服务，才能继续生活下去。现在所研制的医用机器人，一方面能帮助他们应对生活中面临的困难，另一方面能让他们重拾自尊，树立继续生活下去的自信心，保持良好的心态，面对生活工作中的一切艰难险阻。现如今，医用机器人主要包括肢体矫形器、运动假肢等四类的产品，将工学知识与医学 理论高度融合起来。医学理论和工科知识相融合，研制出了肢体康复机器人。因为研究的时间不长，与上肢康复机器人相比，技术还不是很成熟，产品种类也不多，只能在人体的部分关节使用，帮助手腕等关节恢复健康。另外，因为它是独立制作的，与人体手臂关节的配合度还不是很高，影响到了使用者的最佳体验。因为国内产品技术水平不高，为了满足实际的应用需要，我国从国外花高价购买了大量医疗辅助设备。总而言之，科技的发展日新买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 10 月异，用于医用辅助设备研究的技术发展迅速，很多专业组织机构必然会加强该领域的研究，这就推动了医用辅助设备国产化的发展趋 势。 外骨骼系统属于机器人学的重要组成部分，它与我们理解的一般机器人有很大的不同。该辅助系统与人的身体关节有很大的相似性，在工作的时候会仿照人体运动形态，在活动范围上与人体也有极高的相似度。外骨骼与普通机器人很相像，对其概念的把握不是很容易。通常情况下，能附着于人体外面的，受制于人体的设备都属于外骨骼的范畴。该系统的主要特性如下：使用该系统，患者的运动能力大为提升，具备了能完成之前认为不可能完成的工作；它的抗阻性不高，对于使用者的正常活动不会产生很大的影响；它的接口设计的非常合理，使用者在运用的时候，会感 觉轻松自如，使用体验上佳，能让患者感觉与外骨骼是高度融合在一起的，而不是额外添加的一部分，实现了人体和外骨骼系统的有机统一；外骨骼使用寿命长 ,它具有足够的使用持久性、耐久性 ,可以多次充电 ,快捷简单易操作；外骨骼是使用很舒适的产品，它穿戴在使用者身上，给人一种很舒适、安全的感觉 ,而且使用很方便。综上所述，在患者运动能力康复过程中，外骨骼发挥的作用是巨大的。在该研究领域当中，研究人员通过使用对其评估结果，对患者的运动机能的提升方面的研究，已经成为核心内容。 课题的目的是设计一种上肢康复外骨骼机器人 ,通过可穿戴式 外骨骼带动患者的患肢运动 ,模拟日常生活中的手臂运动规律，实现手臂各关节的运动，加大对肌肉和神经系统的锻炼强度，确保该系统和人体的高度统一，从而达到最优康复训练效果。 内外研究现状及分析 从二十世纪六十年代开始，专家学者们就将机器人技术应用到了患者身体运动机能，虽然取得一定的进步，但是该类机器人只是发展缓慢。到 20 世界 80年代后，随着计算机飞速发展，康复机器人的研究与开发开始得到绝大多数人的注意。直到步入 21 世界康复机器人走进了发展的黄金时期，各种各样的机器人如雨后春笋般出现，甚至一些机器人已经形 成产品化并用于临床研究之中。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 外发展概况 外国对机器人的研究开始比较早，从 1991 年开始，麻省理工学院设计肢机器人系统，它属于连杆类型的机器人，主要是对患者的肩膀和肘部进行恢复性治疗。一方面可以最大程度的降低操控方面的阻力，另一方面还能保障患者使用的安全。综上所述，该系统在帮助患者恢复运动能力方面具有显著的作用。此外，该系统可以通过人机交互界面可以直接准确测量患者手臂的平面运动参数。 图 1瑞士苏黎世大学 人的不懈的努力研究下，于 2005 年成功研制了一套 坐式名为 外骨骼上肢康复机器人系统设备，如图 1示。它是由轮椅进行固定的，有六个节点可以进行调整角度，可以实现肘关节的屈伸运动，肩关节的 3 个自由度以及腕部的屈伸运动。患者可以根据自己的需求，运用操控系统设置符合现状的运动方式。为了检测患者康复运动的状态，我们在机器人各关节处安装了位置传感器和力传感器，以此来提高保证训练的安全性。除此之外，机器人还可以根据患者的上肢尺寸进行自我调节。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 12 （ a）第一代 （ b）第二代 图 1006 年，华盛顿大学的 人研制了一套名为 七自由度的外骨骼上肢康复机器人系统，如图 1示。该机器人采用电机控制，控制肘部和腕部的滑轮和线缆组成的传动机构完成规定的康复训练要求，同时该机器人系统大量结合了正常人肢体日常所需的运动学参数，动力学参数，工作空间，关节运动范围等，并且符合人体工学的设计要求。 图 1文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 外发展概况 相对于国外已经较为成熟的外骨骼式上肢康复训练机器人技术，我国在该领域的研究开始的晚，研究水平不高，形成产品化的机器人少之又少。随着我国 经济实力的增强，国内许多研究机构开始重视外骨骼式康复机器人的研究，所取得的研究成果也非常多，并逐步缩小与发达国家之间的距离。 2007 年，清华大学的王东岩教授，经过多年的试验研究，设计出了立式外骨骼上肢康复机器人系统，该机器人采用电机驱动方式，可以实现肩部的伸屈、外展内收，肘部的伸屈，在患者通过使用它，可以完成相对简单的肢体动作。 图 1011 年，华中科技大学吴军等人研制了一种基于气动肌肉的双向对拉驱动方式的外骨骼上肢康复机器人，如图 1示。该机器人通过气动方式可以实现患者肩关节的转动和 伸屈，以及肘关节的伸屈。在采用气动肌肉的方式可以增加机器人的柔顺性，减少刚性结构对患者的损伤，并且可以使康复训练满足日常生活的训练强度。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 14 图 1011 年 ,上海交通大学和 具联合中心共同开发设计的外骨骼上肢康复机器人如图 1示。该机器人在机械机构设计上设计了 7 个自由度，可以实现肩关节的三个自由度，肘关节两个自由度以及腕关节两个自由度。机器人安装在一个座椅上，并通过可调节装置更好满足患者的训练要求。除此之外，该机器人还提供了重力补偿功能，以提高训练的安全性。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 15 图 1 存在的问题 在上文中提到的外骨骼系统，不仅在国内外都处于该领域的领先位置 ,而且有的已经应用于临床的康复治疗之中 ,甚至已经产品化了投向市场了。但是，通过上述的分析，他们仍然存在着一些问题： （ 1）现有的机器人大多数将上肢结构和手指结构分开进行设计，只是针对部分关节进行康复训练，没有考虑到整个上肢的训练要求。手是人体比较精细的机构，微小空间内神经与血管相互交错，小型肌肉群遍布全手，这使得手指损伤的治疗比较困难，要求比较高，且治疗过程和康复周期时间相对较长。通常情况下，上肢偏瘫患者运动功能恢复是从肩部开 始，手指是往往是最后恢复的。因此，在医学界，一些医院将手指的运动功能恢复情况作为上肢康复情况的标准。所以在机器人结构设计时要考虑将上肢与手指进行结合。 （ 2）通过上述机器人可以看到，大多数机器人结构比较庞大，不具有便携性，而且患者在家中不便于进行康复训练，这对患者的康复也会起到一些负面作用。一些机器人将执行机构和驱动机构分开，不仅增大了系统体积，而且降低了机器买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 16 人的集成度。除此之外，机器人结构复杂，这导致机器人不具有轻便性，患者穿戴在身上还要克服较大的机构重量，这降低了康复训练的安全性。 （ 3）大多数机器人没 有将人体的生理信号与控制信号进行结合，除了采用了表面肌电信号，应该还要对患者脑电信号进行分析。因为中风主要来自于脑神经的受损，对脑电信号的分析有助于评价患者的康复情况和执行高效的康复训练。采用脑电信号和表面肌电信号结合的办法可以指定一套科学的康复评价体系。 （ 4）在机器人的设计和运动时，没有考虑到机器人对患者的力学影响，这使得机器人在执行运动时容易对患者的关节进行二次损伤，不利于患者的康复。 （ 5）大多数机器人没有将虚拟现实技术融入系统之中，降低了康复训练的趣味性，容易使患者产生心理疲劳，降低其对于康复的积 极性，影响康复的效果。 要研究内容 手臂外骨骼康复系统是此次课题开发和研制的最终目的。使用该套系统，可以帮助患者实现各种角度的运动，主要有颈部的旋转、肘部的伸缩以及肩部的上下运动。要查阅大量的专业性资料，并对机器人方面的专业知识有全面的了解，只有这样才能熟悉机器人的发展现状。通过借鉴国内外专家学者在该领域的研究成果，笔者做了相应的集成和创新发展。在下文中，要做的工作内容如下： 1、机器人的总体方案设计 笔者在设计机器人的时候，对身体上肢运动原理进行了深入的研究，主要是适应人体的舒适性。通过对人体的 构成要素和在穿戴方面的需要，对机器人的构成部分进行适当的调整，并在此基础上对系统设计方法进行改进。 2、机器人运动学分析 我们首先建立了运动学方程，通过运动知识的正逆算法，经过分析总结出机器人运动属性，最终设计它的雅可比矩阵。 3、工作空间分析 在对机器人正问题进行分析并寻求解决之策的时候，用到的是图解法，分析并总结出了它的活动区域和连接杆长度对机器人运行区域会产生影响的答案。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 17 第 2 章 机器人总体结构设计 这一章节的主要内容是分析上肢的运动原理，在此基础上总结出机器人和患者结合的特点，设计了全新的数据模型， 在保证没有很多较大活动角度的前提下，能最大程度的发挥机器人在患者上肢机能康复方面的作用。除此之外，还要对人体的结构和穿戴性进行深入分析，介绍机器人的构造内容和运行方式。 器人的设计要求及原理 体上肢运动分析 对人体上肢进行测量的时候，所选用的标准要对每个患者的身体上肢尺寸相适应，根据个人的身体的各部位尺寸的不同，来选择合适的标准。为了研究人们身体的特性，根据工业设计和工程设计对人体测量数据的要求，来进行设计。从1989 年 7 月开始，我国制定了统一的标准，来对身体进行测量。标准包括 7 个内容， 人类的身体的大小的数据基础进行计算，中国成人男性（年龄 18，女性 18），身体的各要素数据不同，根据表 2 所示，作为人体尺寸的设计参考： 表 2体主要参数表 我们通过对人体上肢的运动作了充分的了解，从而设计出了能帮助残疾人完成日常行为的人体几肢康复系统。在当前的环境中，所收集到的数据准确性很高，能广泛应用于不同环境，是很有难度的。这主要是因为上肢活动灵活，运动性较高，买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 18 与之相关的关节、神经以及其他组织众多，可以说是牵一发而动全身。所以，对其运动方式的研究，只能运用实用性的角度进行。 图 2类的上肢主要是由肩关节、手臂、肘部、手腕和手组成的。肩关节连接了人体和上臂，前臂的肘关节臂上通过连接着手和手腕，前臂接头通过它连接身体。手的自由度很大，运动关系复杂，所以一般不在此进行分析。除了人体手部活动之外，为了完成生活过程中的一些动作，需要关节活动主要有：肩关节的弯曲、扩展、回内、内转、外面摆放，肘部弯曲、伸展，前臂内自旋、手关节弯曲伸展、内转等。在对人类身体的上肢进行分析的时候，都会使用这些自由度创建模型，如下图表示。 设计康复机器人的构造非常困难，因为它体小很轻。在制造这种锡系统的时候 ，要想提高一个自由度，设计和制造的机械的复杂性、难度和成本都是原来的两倍。所以，在充分满足患者实际需要的前提下，要尽量减少机器人的自由度，从而建立一个新的运动模型。 器人设计原理 在本课题设计中，笔者只将肩部的两个自由度和肘部的一个自由度考虑在内，使用该机器人能帮助患者进行上面三种类型的活动。使用本文研制的机器人，为满足患者的生活实际需要，并确保安全稳定，患者的肘关节伸展角度最大为买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 19 154，肩关节伸展的角度最大分别为 60和 180；内外旋转的最大角度分别是 95和 80。通常情况下，会将机器人 肘关节的活动角度控制在 120 度之内。 患者的受到机器人的控制，这是在结构设计工作中我们所充分考虑到的，患者的四肢的损伤非常容易的。所以我们，康复训练的机器人可以不与患者有直接的肢体接触，设计的时候，关肢上的大牵引力并没有发生，四肢固定机构支持患者使用构造机器人进行康复训练。为保证肢体的柔软性，必须对机器人进行全面的精细检查，可以考虑的是外骨骼是与人体进行高度的结合，从而产生运动的定力，在活动的时候会产生自由度。正常状态下，患者身体是受机器人带动的，这两者的重心是一样的，这就保证它们的活动自由度也必须是相同的 ，从而使人体使用外骨骼更加随心所欲。 械人总体方案的设计 设计人员在研制手臂外骨骼系统使用目标的时候，选取身高为 成年男子为对象，体重为七十一公斤，选取对应的尺寸数据来进行设计，设计方案如下： 图 2类型的机器人使用的是关节型构造，这种形式的机器人特别之处在于它的外体小，活动空间大，有较高的灵活度。这种形式的机器人构造内部，肩部是两个自由度，肘关节是一个自由度，这里面（ 1）肩关节的伸缩轨迹为 1，（ 2）肩关节旋转的区域为 2，构成的肩部具有两个自由度；伸缩运动的肘部具有一个自由度，它们的自由度分布图如下所示。设计人员还在外骨骼系统上面安装了买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 20 编码设备以及操作设备，收集运动信息内容，从而实现机器人运动属性的增强。笔者所设计的机器人是由高强度的铝合金构成的，机器人一方面要便于患者创带，另一方面，这种材质非常 轻，能有效减轻患者的负重。按照标准，该机器人的总重量为七公斤。 图 2者将机器人的各项参数设置如下，主要目的是适应患者生活工作的需要，能方便穿戴。 肩部的屈 /伸关节： 30 /s 5 r/部外 /内旋关节 : 30 /s 5 r/关节 : 60 /s 10 r/关节转动范围 : 肩部的屈 /伸关节 : 1= 0 90 肩部外 /内旋关节 : 2= 45 肘关节 : 3= 120 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 21 器人驱动方案设计 对机器人设计的最初的考虑，根据应用的要求简化信赖性和机构结构。我们确定了整体设计，对零部件的选择，要充分考虑机构的稳定性和结构简单。总而言之，本文所设计的机器人工作转台稳定，维护成本低，操作简单。 取合适的驱动方式 机器人不仅受限于环境，我们要考虑价格因素的影响，只有这样才能达到高技术水平。现在，机器人的驱动方式是以油压驱动为中心，还 有空压和电力驱动。以下三种驱动模式的优缺点分析如下：驱动油压系统的压力提供更大的驱动力，稳定性较好，快速的响应速度、高定位精度和刚性。作为缺点，复杂的油压系统的性能受到环境的影响，移动性能很差，会造成压力泄露，影响性能的发挥。优点结构简单，行动快速，能适应严酷的工作环境。缺点就是精度不高，需要提高，空气机器的噪声较大，这就需要使用合适的控制手段来提升马达驱动系统的功能。综上所述，我们在设计机器人的时候，使用的是马达驱动模式。 作为机器人的驱动部件可以选择直流伺服马达，还可以选择步进马达。下面是对这两种电机优 缺点的分析：使用步进电机，在不了解位置信息的前提下，就能实现对开环位置的确定，可控性好，但是机器人的驱动所必要的扭矩，是根据马达的尺寸和重量的大小的前提，会对机器人结构产生不利影响。如果扭矩小的马达在减速机的后面，会大大降低速度，输出速度也会降低，从而不利于机器人的正常运行；因为具有较快的惯性响应速度、紧凑的结构，超负荷能力强，所以通过位置的反馈来达到精度。综上所述，我们将作为驱动单元选择直流伺服马达。一般直流电动机减速、光电式编码，构成了伺服单元，用户可以根据他们自身的需求选择。 动方案的设计 机器人的肩膀关节 1 弯曲伸展的驱动方式如下图。支持系统上设置的马达考虑到减速机以及同期的牙齿，实现肩关节绕轴旋转。使用这种方式的优点是，发动机的重量不会超重，发动机和肩膀的高度配置相当，实现结构的紧凑化，提买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 22 升布局的合理性。 图 2据设计要求肩关节处的最大驱动力矩： 选用上海新宽科技稀土电机有限公司生产的 50直流伺服永磁 稀土电机 ,性能参数如表 示。 表 0本性能参数 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 23 山于所选用的电动机的转速较高、转矩小，所以应该在驱动电机和机器人臂之间添加减速机构。我们选用的是 行星减速器，具体参数如下表。 表 行星减速器基本性能参数 这种类型的齿形带，集合了皮带、链条和齿轮三种传动方式的长处，构造简单，传送带表面光滑，低成本，能吸收振动力，变速比一定咬合，性能高速传输，功率接近百分之百，高达百分之九十八。同步使用牙齿皮带的固体，在这个安装康复机器人的时候，马达低负荷速率运行，转速为每分钟三前转，使用的变速比1： 2 等速齿形带，这是一种齿形传送带。 图 2器人系统所要负荷的是肩膀外旋内旋 2 和肘部弯曲扩展的运动 3 驱 动系统，外形比较小，构造紧密。小型轻量构成。机器人的肩膀外旋旋 2 是在特定的设计中，在传达上比较倾向于直流电力驱动的小型电动机，使用这种传动带，能实现 1:10 的齿轮变速器的运动，实现肩关节内外旋 2。该类型关节的驱动示意图如 2示。直流伺服电机的臂本体严重依赖于减速机的驱动，大齿轮安装买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 24 在上臂中，在小齿轮的传动作用下，空套会绕上臂进行旋转，使得机器人的活动总新和患者的重心处于相同水平面，而且它们的活动轨迹也是相似的。大齿轮的立体构造结构如下图所示。因为大齿轮和机器人的前臂是连接起来的，当齿轮发生转动的时候 ，机器人的前臂肯定也会发生转动，最终推动手臂在机器人前臂的带动下发生转动。在设计机器人的时候，使用的是型号为 50直流电动机，该电机的主要技术数据如表 示。 图 2 50本性能参数 在肘关节肘 3 伸缩的时候，使用的是各种类型的驱动设备，由直流电动机买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 25 减速轴首先研究直接连接，这种结构是很简单的，但使各关节的轴向尺寸很大，对外形产生不利影响，同时还加大了传动设备的转动惯性，所以不会被采纳，使用特制的螺丝母就能有效处理这一难题。外骨骼系统的肘部转动 3，其 运动趋势构造如下图 2流电动机和这种特制螺丝母的位置处于相同的水平，电动机是安装在大齿轮上面的，在直流电动机的推动下发生转动，在此基础上，利用连杆将螺丝与肘部的伸缩轨迹统一起来。当肩关节屈曲和外旋，内旋 2，机器人肘关节 2 和 3 运动配合，以避免该机构和人的干涉。此方案的长处在于它的构造和合理，体小质轻。在设计该方案的时候，笔者使用的是由上海当地制造的永磁直流电动机，该设备的技术参数如下图所示： 图 2器人总体机械结构 零件选择是整体结构设计的必要条件，按照机器人的设计标准考虑，需要对组 成成分进行调整，上肢的设计图如 2示，其六个主要组成部分是同速率传动系统、设备支架系统、上肢大臂构造、齿轮构造、螺丝螺母零部件和前臂构造。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 26 图 2械人结构示意图 章小结 本章介绍了机器人的机构组成 ,进行了系统的总体设计。全面介绍论述了康复机器人的驱动程序设计方案，并选用了科学的方法进行验证，还对人的上肢构造以及外骨骼系统的穿戴设计构造进行了研究。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 27 第 3 章 机器人的运动学分析 所谓的机器人运动学，从本质上分析，就是一种数量函数关系，阐释了它的空间位置的运动关系，对运动的机器人为中心 的系统进行了研讨，力量大小和力矩长短与它们没有必然的关系。机器人的可变空间的综合性研究，还包含了机器人行动执行方位的关系。不仅如此，机构的分析，解析机构速度，加速度的分析活动，都是以此为基础的。 从本质上来讲，位置方程和运动学方程是相同的，它们都是对坐标体系的表示，正常情况下，机器人在各个坐标系统中的位置和系统底座信息数据之间存在着一定的关系，研究者使用这种方法对上述关系进行论述，可以使这种关系更加明确。在康复机器人系统中，各个关节的变量属于独立的状态，正常情况下，数量关系是通过参照系统来进行解释的，这种情 况下，逆运动方法经常被运用到。 器人的运动学正分析 本文所研究的外骨骼系统属于运动康复机器人，是不同型号的零部件构成的，可以在一定的空间内进行自由度的活动。对于这些零部件的介绍，笔者用到了物体空间位置关系数量方式。除此之外，还使用这种方式对机器人零部件的运动速度和运转动力数据关系进行探析。现如今，比较常用的就是齐次坐标矩阵法，该方法具有很高的稳定性，并且相对规范。这种方式还可以用于对机器人的操控方式进行分析，还可以处理收集到的图像资料。 杆坐标系及连杆参数的确定 确立了坐标体系，机器人 的关节必须遵循相应的设计原则，即：和机器人的关节轴以及 Z 轴处于相同的直线坐标，它的肘关节和肩关节的连杆 X 轴相同，坐标系的三个轴间距可以用右手定律来表示。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 28 图 3 3器人各关节的 D 一 H 坐标系图 在图 3 - 1 安装的康复机器人的整体构成方案，对其进行研究可知，根据结构参数的各机器人的关节坐标显示一样，通过对不同关节的构造数据进行