针对脑卒中患者的踝关节康复及训练,提出一种具有3R1T运动性能的脚踝康复机构。运用螺旋理论分析自由度,利用封闭矢量法求解位置逆解,运用Adams对混联机构进行了运动学分析;并计算了该机构在背伸、趾屈运动时最大转动角度误差值。结果表明,在限位装置的限制下,该机构可在踝关节安全运动范围之内完成患者所需康复运动及竖直方向的关节牵引运动。

为了保证踝关节康复训练的效果和安全性,设计了一种基于3-UPRU/S并联构型的踝关节康复机构及其脚部固定与快放组件,并对其运动性能与训练规划进行了研究。考虑到踝关节生理回转中心与机构转动中心不重合的影响,应用Adams软件建立了康复机构的脚踝虚拟模型,并利用角速度规划的方法对S型与T型角速度曲线进行优化,得到了一种更优的训练规划;通过逆运动学仿真,得到机构各促动器的位移数据,并使用样条拟合确定了各促动器的驱动函数;通过原理样机试验,进行了实际工作角度与训练规划的验证。结果表明,优化后该康复机构1个周期内增加了约12%的匀速训练时间,并减少了约47%的角速度波动;该训练规划能够提高踝关节康复的效果以及安全性。

针对肢体功能障碍者上/下肢独立进行康复训练的现状,设计了一种基于复合连杆的坐式肢体协同运动康复机构。根据人体生理结构与肢体运动特点,建立人-机模型;利用矢量法对模型进行运动学分析,探索了机构中影响肢体运动的主要因素,并在此基础上,综合分析了机构的尺寸;在ADAMS中进行仿真分析,获得了不同曲柄和支撑杆长度下的脚踏轨迹和肢体运动参数曲线。结果表明,该机构可以实现肢体的协同运动,通过对曲柄和支撑杆长度的调整可满足个性化康复训练的需求。

通过分析人体踝关节的结构特性,并针对现有踝关节康复机构的现状,提出一种3-UPS/S并联康复机构,该机构具有3自由度转动功能,可以分别完成踝关节的背伸/趾屈、内翻/外翻、内旋/外旋3种模式的训练。运用螺旋理论对其进行了自由度分析,采用D-H法建立了机构位置反解方程,利用Matlab编程计算出了位置反解理论值,并利用ADAMS进行了位置反解仿真分析,验证了D-H法位置反解的正确性。