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1、气动夹持机械手设计1、相关定义1.1、定义约束关系及传感器一个系统通常是由多个构件组成的,各个构件之间通常存在某些约束关系,即一个构件限制另一个构件的运动,两个构件之间的这种约束关系,通常称为运动副或铰链,在ADAMS中,抽象和总结,将约束分为几个常用的基本约束和运动副,要模拟系统的真实运动情况,就需要根据实际情况抽象出相应的运-32-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文动副,并在构件之间定义运动副。对于本文中的气动机械手主要通过其构件数量及自由度决定需要添加的运动副,如表3-2所示共定义了13个运动副,其中包括1个固定副、10个转动副
2、以及2个平移副。固定副约束两个相关构件的3个旋转和3个平移自由度,旋转副约束2个旋转和3个平移自由度,平移副约束3个旋转和2个平移自由度。由表3-1可知系统共包括12个构件,因此最终的自由度为DOF=6×(13-1)-5×12-6×1=6,符合实际的六个自由度。表3-2定义的约束关系Table3-2Constraintsinmanipulatormodel运动副联接部件1联结部件2约束类型驱动约束运动范围JOINT_1底座大地固定副-0JOINT_2腰部底座转动副MOTION_1?90°~90°JOINT_3大臂腰部转动副-无限制
3、JOINT_4大臂气缸筒腰部点线副-无限制JOINT_5小臂气缸筒大臂点线副-无限制JOINT_6大臂气缸杆大臂转动副-无限制JOINT_7小臂气缸杆肩转动副-无限制JOINT_8肩大臂转动副-无限制JOINT_9小臂肩转动副MOTION_20°~?90°JOINT_10手腕小臂转动副MOTION_3?60°~30°JOINT_11手抓手腕转动副MOTION_4?90°~90°JOINT_12大臂气缸杆大臂气缸筒移动副MOTION_50~175mmJOINT_13小臂气缸杆小臂气缸筒移动副MOTION_60~175mm因为该机械手
4、的各个关节都有一个相应的运动范围,机械手在工作过程中必须保证不能超出这个范围,否则机械手就会自动停止运行,并提示错误。所以在仿真时也要指定模型中各关节角的范围,这可以通过建立传感器来实现,当角度值超过传感器限定的范围时,传感器就会被激发,使仿真进程停止。此外需要注意的是运动副联接的两个构件之间的相对运动均是在I-Marker和J-Marker中测量,即为相对运动值,角度等旋转运动的相关值以右手定则定义正负。要使系统能够运动起来,还需要在运动副上添加驱动。驱动从本质上来说,也是一种约束,只不过这种约束是约束两个构件按照确定的规律运动
5、。在ADAMS/View中,在模型上定义的驱动是将运动副未约束的其它自由度做进一步约束,是时间的函数。系统有确定位形的充要条件就是系统的自由度等于驱动的数目,如果系统还有未约束住的自由度,则对于未约束住的自由度会在重力和其他载荷的作用下进行动力学计算,对于有确定位形的自由度才能进行运-33-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文动学计算。因此对于本文中的六自由度机械手,要想让末端有确定的运动轨迹,必须将未约束的自由度进行约束,即需要添加六个驱动,根据所添加运动副的约束属性添加四个旋转驱动和两个滑移驱动,如表3-2所示。至于各个驱动上的运动
6、函数要根据机械手末端轨迹以及运动学反解得到的各关节的运动函数来确定。1.2、脑卒中的概念和治疗现状脑卒中俗称中风,亦称为脑血管意外(CerebralVascularAccident)。是指由脑部损伤、脊髓损伤或者脑部血管病变等各种原因引起脑动脉系统和静脉系统所发生的病理性病变而引起的一类疾病。科学技术的发展使医务人员对于急性中风患者能采取比较有效治疗手段,从而使得患中风以后能够存活下来的人非常之多。病人在接受医生的紧急治疗后,虽不至于有生命危险,但是所发生的脑部血液循环障碍将对脑组织产生直接影响,并引起脑细胞产生功能性改变[8],
7、以至于残留下多种多样的后遗症,包括语言不利、偏瘫、神志障碍、面瘫(口眼歪斜)、小便失禁等等,使病人失去原有自主运动的能力。其中中风后手和手臂偏瘫是最常见、最容易出现的病变症状。据统计,在我国有脑卒中引起的偏瘫患者将占全国人口数的3‰~10‰。按我国13亿人口计算,则患脑卒中的人数将达390万至1300万。中风所造成的偏瘫不仅给患者带来了行动和日常生活极大的不便,还给患者本人及家庭带来心理上、经济上及其他方面的冲击。目前,偏瘫上肢的康复训练传统方法是医务人员对病-1-者进行手把手的康复训练,或者用简单的康复医疗器械进行训练。这样的训
8、练方式存在许多的问题,比如训练效率低下,不能保证患者的训练强度,不能进行精确控制和记录训练参数(运动速度、轨迹等等),患者被动地接受治疗,参与治疗的主动性不够,康复评价指标不够客观,不利于治疗方案的确定、改进和对偏瘫患者神经康复规律的深入研究[9-
