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一种上肢康复机器人机械臂重力平衡方法

余杰; 喻洪流; 黄小海 上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所; 上海康复器械工程技术研究中心; 民政部神经功能信息与康复工程重点实验室; 上海200093
  • 上肢康复机器人
  • 重力平衡
  • 传感器
  • 力矩

摘要:目的针对现有上肢康复机器人机械臂质量较大且其自体质量无法忽略等问题,基于重力平衡原理提出一种上肢康复机器人机械臂重力平衡方法。方法通过角度传感器检测肩关节屈/伸角度,将经过滤波的模拟量信号传送到单片机,单片机计算得到目标力矩,并作为控制参数发送到驱动器,驱动器驱动电机进入力矩模式并输出力矩,平衡上肢康复机器人机械臂重力。结果实验所用机械臂长度L1=300 mm、L2=300 mm,关节运动角度0°~140°,机械臂自体质量M1=3.0 kg、M2=4.4 kg;电机可提供最大力矩27 N·m、最大电流0.766 A;满足实验需求。在肩关节屈/伸角度范围为30°~120°的机械臂上选取7组角度进行实验。实验证明,在30°~75°内实际输出力矩大于理论输出力矩,机械臂保持平衡且有向上运动的趋势;在90°~120°内,实际输出力矩略小于理论力矩,机械臂保持平衡且有向下运动的趋势。结论实验证明,笔者设计能很好地实现机械臂重力平衡。

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