绳驱动踝关节康复机器人的运动学与刚度研究

来源：机器人杂志2024年第4期北京时间：

作者：杨凯盛, 胡俊豪, 韩陈洁, 崔玉国, 王冲冲, 杨桂林

摘要：针对现有踝关节康复机器人存在的人机结构匹配度不高、柔顺性不足、适应性弱等问题，提出了一种新型绳驱动变刚度踝关节康复机器人。考虑到绳索的单向受力特性使得绳驱动机器人具有变刚度特性，基于柔性并联机构理论创新设计了一种结构简单紧凑、刚度—拉力线性度高的变刚度装置，以提高变刚度控制的范围和精度。通过康复机器人的运动静力学和刚度建模分析，揭示了调节绳索长度来调控机器人位姿，以及调节绳索张力来调控机器人刚度的规律。在此基础上，提出了面向刚度的绳索张力分配算法以实现刚度控制，并通过仿真案例验证了算法的可行性。最后，设计了绳驱动踝关节康复机器人的控制系统，研制了机器人样机，通过实验验证了机器人运动控制方法。研究结果表明所设计的绳驱动踝关节康复机器人具有人机结构匹配、刚度可调等优点。

关键词：踝关节康复, 绳驱动机器人, 变刚度装置, 刚度建模, 绳索张力分配