设计了一种可穿戴的肩部外骨架机器人,具有双重重力补偿和符合规范的错位补偿机制

科学领域:

• 机器人技术 机器人技术 机器人技术
• 生物力学 生物力学
• 人与计算机的交互

背景情况:

• 肌肉骨系统疾病对工人,特别是那些有体力苛刻的工作的人来说是一个重大问题.
• 可穿戴机器人系统通过提供辅助支持,为减轻这些风险提供了潜在的解决方案.
• 现有的外骨架经常面临重量分布,自然关节运动和用户舒适性方面的挑战.

研究的目的:

• 设计和验证一个可穿戴的肩部外骨架机器人作为辅助控制器的平台.
• 通过改进外骨架设计,降低工人肌肉骨疾病的风险.
• 开发一种能够承受引力负荷并弥补手臂运动期间错位的系统.

主要方法:

• 一个四条杆机制的设计,以将外骨的质量中心转移到用户的干.
• 在四条条连接中整合了一种双重目的重力补偿机制.
• 包括一个符合6度自由度 (DoF) 的新型失调补偿机制.
• 模拟来评估质量中心移动和动力链运动.
• 重力和失调补偿机制的实验验证.
• 工作空间入口控制器的实施和评估.

主要成果:

• 四条杆设计成功地降低了外骨的质量中心.
• 动力链证明了能够遵循常见的上臂轨迹的能力.
• 重力补偿机制在肩膀运动范围内的指定的扭矩限制内实现了补偿.
• 错位补偿机制表现出所需的6DoF刚度和肩部翻译的运动范围.
• 工作空间接入控制器准确地复制了模拟的阻抗行为.

结论:

• 开发的可穿戴肩膀外骨架机器人是辅助控制策略的可行平台.
• 综合机制有效地解决了重量分布,重力补偿和肩关节错位方面的挑战.
• 该系统允许透明,低阻抗的人类操作,同时准确地复制所需的阻抗行为,为减少职业环境中肌肉骨应变铺平了道路.