基于Adams動態(tài)仿真的康復(fù)機器人虛擬

1、一、并聯(lián)機器人簡介一、并聯(lián)機器人簡介 1 1、Steward PlatformSteward Platform（斯圖爾特平臺）（斯圖爾特平臺） 1965年，英國的高級工程師Steward了解決飛行員訓(xùn)練問題，構(gòu)思了一種具有六個分支的六自由度并聯(lián)機構(gòu)，提出基于該機構(gòu)建造飛行訓(xùn)練模擬器，并對其運動學(xué)、工作空間、控制等問題進行了研究。后來，人們常把具有六個分支的六自由度并聯(lián)機構(gòu)稱為Stewart平臺或Stewart機構(gòu)。 1978年 澳大利亞機構(gòu)學(xué)教授Hunt 提出可以將并聯(lián)機構(gòu)作為機器人機構(gòu)；從此，并聯(lián)機器人的研制和開發(fā)工作就開始了，經(jīng)過數(shù)十年的探索，并聯(lián)機器人的研究已經(jīng)從基礎(chǔ)理論過渡到了實踐之中

2、，在機械業(yè)、航空業(yè)、礦山開采中的應(yīng)用尤其廣泛。 2 2、并聯(lián)機器人的特點、并聯(lián)機器人的特點 并聯(lián) 機 器 人的基本特征是安裝工具的動平臺由多個支路聯(lián)結(jié)到固定平臺，通過這些支路上的作動器(主動副)驅(qū)動動平臺運動以改變動平臺在空間的狀態(tài)和位姿，從而實現(xiàn)工具相對工件(或目標(biāo))的進給運動。系 統(tǒng) 剛 度重量比大響應(yīng)速度快環(huán)境適應(yīng)性強機械本體的體積精度較高優(yōu)點 二、二、康復(fù)機器人的虛擬樣機技術(shù)康復(fù)機器人的虛擬樣機技術(shù) 康復(fù)機器人是基于Steward Platform的一種并聯(lián)機器人機構(gòu)，上下平臺之間由六個汽缸連接，通過控制汽缸的行程和速度來達到控制上平臺空間位置和姿態(tài)，從而可以根據(jù)病人的實際情況來實施對

3、腳部的按摩作用。 1 1、康復(fù)機器人的虛擬化、康復(fù)機器人的虛擬化 康復(fù)機器人的虛擬化指的是通過三維造型軟件以及動力仿真軟件 來建立系統(tǒng)模型并對系統(tǒng)各項動態(tài)性能指標(biāo)進行分析，改進樣機設(shè)計方案，可以大大簡化機械設(shè)計過程，減少成本，縮短設(shè)備的研發(fā)時間。 在本次實驗中，主要采用了Solidwork進行系統(tǒng)建模，然后導(dǎo)入Adams進行運動學(xué)和動力學(xué)分析的方法。 2 2、樣機的模型的建立、樣機的模型的建立 （1）主要尺寸 上平臺：短邊對應(yīng)圓心角 30 下平臺：短邊對應(yīng)圓心角 30 長邊對應(yīng)圓心角 90 長邊對應(yīng)圓心角 90 外接圓半徑125mm 外接圓半徑185mm 上平臺直徑280mm 下平臺直徑400

4、mm 汽 缸：采用SMC公司雙向作用汽缸，型號為CDJ2B16-30A-C7 行程100mm （2）樣機的三維建模 在上圖中，樣機的裝配高度為300mm， 其中汽缸處于零行程狀態(tài)。 3 3、基于、基于AdamsAdams的樣機分析的樣機分析 虛擬樣機仿真分析步驟如下： 重復(fù)仿真分析精制機械系統(tǒng)模型與結(jié)果一致？驗證仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析仿真分析機械系統(tǒng)建模機械系統(tǒng)優(yōu)化分析否是在本項目中，運用在本項目中，運用AdamsAdams進行分析的主要步驟如下：進行分析的主要步驟如下： （1）將用三維制圖軟件（Solidwork）裝配好的六自由度動感平臺以parasolid格式（.xmt_txt）導(dǎo)入Adam

5、s/view模塊。 （2） 根據(jù)樣機的運動特性以及性能要求，對裝配體各部件進行材料設(shè)置，并對連接的部件之間添加約束。（3） 進行仿真前的最后檢查：檢查默認單位系統(tǒng)、重力設(shè)置、調(diào)整坐標(biāo)系、設(shè)置工作柵格等。（4） 對裝配體進行簡單仿真，確定裝配體各部件之間沒有相互干涉。（5） 對各部件施加運動副或者力、力矩等，對裝配體 進行仿真，觀察仿真結(jié)果，并與實驗數(shù)據(jù)相比，對施加的驅(qū)動進行優(yōu)化設(shè)置，使其達到預(yù)期的實驗效果。 在本項目中，運用Adams進行仿真的目的是確定上平臺六個自由度上 的運動極限。因此，本次仿真試驗主要分為六個過程，要確定的試驗結(jié)果為：上平臺在X、Y、Z三軸軸向上的最大位移以及在繞X、Y、

6、Z軸的最大轉(zhuǎn)角。各個過程的優(yōu)化仿真結(jié)果如下： A、上平臺在Z軸方向的最大位移（腳部的上下活動極限） B、上平臺繞Z軸的最大轉(zhuǎn)角（腳部的旋轉(zhuǎn)） C、上平臺沿Y軸負方向的最大移動距離（腳部的前進） D、上平臺沿Y軸正方向的最大移動距離（腳部的后退）E、上平臺繞Y軸的最大轉(zhuǎn)角（腳部的側(cè)轉(zhuǎn)） F、上平臺沿X軸方向的最大移動距離（腳部的側(cè)向移動）G、上平臺繞X軸的最大轉(zhuǎn)角1（腳部的翹起）H：上平臺繞X軸的最大轉(zhuǎn)角-2(腳部的背屈) 經(jīng)過上述的優(yōu)化仿真試驗，可得實驗結(jié)果如下（單位：mm）DOF正向反向X170170Y162169Z1040繞X旋轉(zhuǎn)29.6度33.4度繞Y旋轉(zhuǎn)25.68度25.68度繞Z旋轉(zhuǎn)93.42度93.42度三、結(jié)論三、結(jié)論 通過運用虛擬樣機技術(shù)，完成了對六自由度康復(fù)機器人機構(gòu)的運動分析。由以上分