第41卷第4期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol.41No.42023年07月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)July2023文章编号:1008-1402(2023)04-0087-043R1T型并联式踝关节康复机构型综合①潘瑞冬,殷宝麟*,颜兵兵,朱振权,郑春雷(佳木斯大学,黑龙江佳木斯154007)摘要:针对踝关节的活动度和康复训练的条件进行分析,确定期望自由度的类型,明确构型综合的目标为3R1T型,通过约束螺旋综合法进行构型综合。首先求解3R1T型并联机构的运动螺旋系与约束螺旋系,推导出3R1T型并联机构不同自由度分支的约束螺旋系与运动螺旋系。然后通过对分支的运动螺旋系进行线性变换得到不同结构的串联分支,将分支组合得到一系列不同类型的3R1T型并联机构。最后选取其中一种构型进行瞬时机构的判别,为康复机构的本体设计提供理论依据。关键词:踝关节康复;并联机构;型综合中图分类号:TH112文献标识码:A0引言随着医疗水平的提升和机器人领域的发展,机器人在医疗康复领域的应用展现出了广阔的前景。运动功能不可避免地会随着人们年龄的增大而衰退,尤其是踝关节的发病率在老年人群中越来越高[1]。此外踝关节作为人体负重最大的屈戍关节,在运动过程中的负荷甚至超过体重的5倍,因意外导致的踝关节受损也越来越频繁[2]。针对此问题,国外提出设计了大量踝关节康复机构如PKAnkle机器人[3]、SPR柔性机器人[4]、Compliant机器人[5]、冗余驱动并联机器人[6]等。国内提出了绳驱动并联踝关节康复机构[7]、3-RRRPP新型踝关节康复并联机器人[8]、3-UPS/RRR[9]、3-UPU[10]等。通过对比可以发现大多数并联机器人主要实现沿三个方向的转动,而踝关节在实际运动过程中会沿小腿方向产生少许的偏移,此外患者的身姿各异,需要调整机构和踝关节的贴合位置。因此在这个基础上加入一个沿小腿方向的移动,势必会加强康复训练的效果。故有必要针对踝关节康复机构提出合理的构型。目前,国内外型综合的研究方法已经趋于完善,主要有以下几种:螺旋理论、方位特征集理论、李群理论、GF集理论、单开链方法、线性变换法[11-16]。其中螺旋理论相比其他型综合方法更简单、高效,能够得到更丰富的支链形式。基于螺旋理论针对四自由度3R1T型并联机构展开构型综合研究,以期提出合理的新型机构。1构型目标踝关节的结构模型示意图如图1所示,根据其特点建立坐标平面与坐标轴系。踝关节能够实现绕冠状轴的背屈/跖屈、绕矢状轴的内翻/外翻、绕垂直轴的内收/外展等功能。对踝关节的康复训练,需要患者坐在椅子上,将机构放置...
