绳牵引上肢康复机器人动力学及动态稳定性分析

作     者：崔祯 赵志刚 苏程 孟佳东 赵祥堂 柴伟 

作者机构：兰州交通大学机电工程学院 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：1002[医学-临床医学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51965032) 甘肃省自然科学基金重点项目(22JR5RA319) 

主　　题：绳牵引机器人 康复训练 动力学 运动性能 稳定性分析 

摘      要：针对绳牵引上肢康复机器人在人体交互时的动态稳定性问题，设计了一种绳牵引上肢康复机器人，在综合考虑绳索的形变、摩擦和出绳点因素的基础上，建立了绳牵引上肢康复机器人的耦合动力学模型。利用机器人雅克比矩阵的条件数定义了康复机器人的运动性能指标；同时对不同康复状态下柔索配置进行分析，结合广义逆矩阵理论计算了绳索张力的最优解，利用绳索张力均衡性定义了系统的动态稳定性指标。最后，在机器人关节域中仿真了机器人的绳索长度，对系统特性进行了分析；以肩部、肘部前屈/后伸康复运动组合为例，对机器人系统进行运动性能和动态稳定性仿真，确定了系统稳定性指标较好区域所对应的关节运动范围，即肩部-前屈-30° ～ -40°、肩部-后伸30° ～ 40°和肘部-前屈30° ～ 60°，为康复机器人的安全性评估和康复轨迹规划提供了理论依据。