四自由度上肢康复机器人运动轨迹规划与仿真.pdf

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1、第33卷第08期计算机仿真2016年8月文章编号：1006—9348(2016)08一0332一06四自由度上肢康复机器人运动轨迹规划与仿真杨吕剑，沈林勇，丁航(上海大学机电工程与自动化学院，上海2000r72)摘要：在根据机器人运动学实现上肢康复机器人控制优化的研究中，针对上肢康复机器人的结构特点，分析了结构与连杆参数。采用D—H前置坐标系法，建立了各连杆结构和坐标系的运动学方程，得到运动学正解与逆解方程，再利用蒙特卡洛法计算出该机器人的工作空间。利用Madab中的Rc抽血s‰u矾模块功能，建立上肢康复机器人的运动学模型，验证了运动学正解方程

2、和逆解方程的正确性。同时对机器人进行关节空间轨迹规划仿真，得到该机器人连续而平滑的角度，速度和加速度曲线及其运动轨迹规划曲线，采用五项多项式拟合，得到各关节驱动函数，利用Adm8进行运动学仿真。从而验证了机器人几何模型和数学模型的正确性，为后续的轨迹优化和动力学分析奠定了基础。关键词：康复机器人；运动学；工作空间；轨迹规划；仿真中圈分类号：TP242；7rP391．9文献标识码：BTheTrajectoryPla硼IiIlgSiIIllllationof4一DOFUpperLimbR地abmtationR0botYANGLv—jian，SHEN

3、Lin—yong，DINGHang(CoUegeofMechatronicsEngineering锄dAutomation，Sh蛐ghaiUnive玛ity，Sh柚gIlai200072，China)ABSTRACT：rr}Iekinematic锄alysi8ofupperliHlbrehabilitationrobotistheb鹊is锄dprecondition6竹itscontrDl．Accordingtot}Iestmcturalchamcteristicsofthiskind0fmbot，fi璐dywe帅alyzedthepa舢ete

4、rsofitsstmcture蛐dconnec“ngrodsusingD—H肺ntc∞rdinatesystem，蚰destablishedkimmaticsequationofa11connectingD0ds粕dc00rdin8tesystem．刖krweobtainedt}Ieinve玛e锄dtlledi陀ctkinem砒icssolutioneq[IlatioIls，tlleworkingspaceoft}Iembotw鹊calculatedwitllMonte—CadometIlod．nen．weusedtlleRoboticsT砌b

5、oxmodulefunctionsinMAT．LABtoestablishthekinematicsmodelofupperlimbrehabilitationro晰，whichh鹊ve曲edtllecorrectllessofabovetwoequations．Att11es锄etime，weworked诵ththespatialtrajectorypl删ngsimulationofjoints，蚰dobtainedtllembot’ssmoothandcontinuous帅gle，speed，accelerationcunresandits

6、movementtrajectoryp18nTIingcurve．Finally，usingfifthp01ynomialfitting，weobtainedtllejoint幽vefunction．Andthmugllt11ekinem撕cssim山tioninAd蛳s，wevalidatedthecon℃ctnessofrobot's目eometricandmat}Iematicalmodels，whichlaystllefound“onforfuture’straj-ectoryoptimi髓tionanddyn砌ic锄alysisofm

7、bot．KEYWORDS：Rehabilitati佣Iobot；l(inematic；W溅rIgspace；1炳ectoryplarIning；SimIllation1引言近年来，人口老龄化进程不断加快，脑卒中患者不断增加，患者中有85％引起偏瘫症状，尤其在老年人中居多，目前有年轻化趋势⋯。对于偏瘫症状，目前最行之有效的方法是治疗后立即转为康复训练，重新建立肢体与损伤神经间的联基金项目：国家自然科学基金项目(51275282)；高等学校博士学科专项科研基金项目(20123108110009)收稿日期：2015—1l一06—332一系，逐步恢复大

8、脑对肢体的控制，所以康复治疗十分重要。其中，人的上肢要完成比下肢更加复杂的运动，控制上肢的神经系统更加复杂，所以恢复起来更加耗费时间口1。因此上肢的康