Design and Analysis of Compact Rigid-flexible Coupled Waist Rehabilitation Robot

腰椎间盘突出等腰部疾病多由脊柱失稳所致，从该致病成因出发，基于中医“椎曲论”提出一种新型腰部康复机器人。首先，为面向腰部疾病临床康复需求，机器人采用刚柔耦合的结构形式，其主要包括由一组柔性驱动器构成的柔性曲度拟合机构和基于3-PRS并联机构的刚性并联调姿机构，可实现腰椎曲度的精准调节；并基于模块化、小型化设计理念，将各模块紧凑布置，便于在家庭中使用。其次，为确保多柔性驱动器末端拟合曲线的平滑性，计算在不同曲率时各单体驱动器伸长量间的关系。之后，考虑纤维嵌入式气动肌肉的结构特点，建立柔性驱动器的静态数学模型，并基于螺旋理论求解3-PRS并联机构的位置反解。最后，开展柔性驱动器静态特性试验与并联机构运动性能试验，并通过人机交互力与肌电信号的采集、分析，对机器人的康复性能进行评估。结果表明，该腰部康复机器人能够实现预定的康复功能，是一款应用前景良好的腰部康复设备。