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柔索驱动并联康复装置的设计与控制研究

孔祥飞

  柔索驱动并联装置具有控制精度高、运动速度快、可实现变结构配置等优点。研究其在人体腰部和颈椎损伤康复领域的运用与控制,克服康复缓慢、效果差的问题,具有重要的理论意义与实际应用价值。基于人体损伤部位康复原理,分别设计柔索驱动腰部并联康复装置与柔索驱动颈椎并联康复装置。根据患者康复需求,确定康复训练模式,以缩短康复疗程,提高康复效果。研究柔索驱动腰部并联康复装置运动学、动力学及工作空间特性。运用封闭矢量四边形法解算康复装置逆运动学,通过Newton-Raphson迭代法分析康复装置正运动学,利用牛顿-欧拉法建立康复装置动力学模型。基于装置奇异位形与几何约束条件,依据力雅可比矩阵,提出Monte Carlo算法分析装置可控工作空间与力螺旋工作空间。针对完全约束条件下柔索拉力解不唯一问题,提出凸优化算法优化柔索拉力。建立装置运动学正逆解方程与力螺旋平衡方程,以站立康复与行走康复患者腰部运动轨迹为依据,运用MATLAB分析柔索长度、速度、加速度与拉力变化规律。研究装置整体控制方案,提出微分先行PID与前馈补偿复合控制柔索康复力。建立驱动机构数学模型与康复力多余力仿真模型,运用Simulink仿真康复力跟踪曲线与多余力抑制曲线,验证控制策略的合理性。……   
[关键词]:柔索驱动;康复训练;运动学;动力学;工作空间;多余力控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:吉林大学2017年