绳牵引上肢并联康复机器人柔索误差逆向建模与分析

摘要

针对柔索牵引上肢康复机器人在康复训练过程中柔索的形变误差导致机器人运动精度降低的问题，提出了一种基于形变本构方程的柔索误差逆向建模方法.首先，结合人体上肢生理结构和运动特性对康复机器人机构进行设计，并利用改进Denavit–Hartenberg(D–H)法建立机器人的空间等效模型，验证了机器人运动的合理性和等效模型的正确性.其次，在综合考虑柔索形变、柔索与滑轮的摩擦以及柔索出绳点位置的基础上，结合力旋量法和逆向求解思想建立了沿着实际柔索矢量方向的机器人柔索牵引系统动力学模型，并对康复训练过程中柔索的运动状态、配置情况和张力进行分析.最后，给定一组人体上肢康复实例，通过仿真得到了康复训练轨迹下柔索形变误差，与柔索的受力和长度变化趋势进行对比分析，并结合柔索形变方程验证了柔索误差逆向模型的正确性，该模型为柔索牵引康复机器人的控制和安全性分析提供基础，同时也为柔索牵引并联系统的误差分析提供思路.

关键词

康复机器人 / 机构设计 / 柔索 / 并联系统 / 逆向思想 / 误差建模

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51965032); 甘肃省自然科学基金重点资助项目(22JR5RA319); 甘肃省优秀研究生“创新之星”资助项目(2025CXZX-675)