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绳牵引并联康复机器人技术研究

一、项目简介康复训练机器人是近年来出现的一种典型人机合作系统，其主要作用是协助患者保持平衡能力和帮助患者实现运动功能的恢复性训练，由于患者与机器人在同一物理空间, 因此对机器人的柔顺性、安全性提出了严格的要求。鉴于绳索牵引并联机构作为一种新型的并联运动机构，具有结构简单、惯性小、柔顺性好等优点，而且不存在刚性体的碰撞、冲击等缺点，非常适合于康复机器人的驱动控制。二、前期研究基础目前本研究团队对绳牵引并联机器人技术已有广泛深入研究，针对飞行器标模所构建的原理样机，采用八绳牵引的六自由度冗余约束并联支撑技术，该系统具体包括机械传动子系统（采用八绳布置方式，通过万向滑轮，分别连接飞行器模型与电机驱动端）、运动控制子系统（采用伺服电机、多轴运动控制卡和伺服驱动器，基于并联机器人技术的智能鲁棒控制方法，实现对期望轨迹的高精度跟踪）、模型位姿测量子系统（采用相机、陀螺仪和加速度计等多种传感器，实现对模型运动轨迹的高精度动态测量）、绳拉力和气动力测量子系统（在试验模型设计了内置式六分量测力天平，以实现对气动力的实时监测）。结合医疗康复的实际需求，将进行绳牵引并联康复机构方案设计，系统运动空间与运动学、动力学分析等；采用智能传感器技术与控制技术，搭建原理样机并进行实验验证，最终实现康复机构的高可靠性与高安全性运动训练。三、应用技术成果（1）应用技术成果（文字加图片）截止目前，本课题团队研究的绳牵引并联机器人技术在四项国家自然基金的支持下，不仅在实验室搭建了多功能原理样机（图1），更在实际风洞单位进行了试验验证（图2），表明了相关科技术的可行性和有效性。拟将绳牵引并联机器人技术应用于医疗康复方面，如骨盆运动、步态训练以及腕关节恢复等，相关示意图如图3-4所示。四、合作企业拟与校内相关学院与附属医院合作。

厦门大学 2021-04-11