一種上肢康復機器人機械臂重力平衡方法

摘要：目的針對現有上肢康復機器人機械臂質量較大且其自體質量無法忽略等問題,基于重力平衡原理提出一種上肢康復機器人機械臂重力平衡方法。方法通過角度傳感器檢測肩關節屈/伸角度,將經過濾波的模擬量信號傳送到單片機,單片機計算得到目標力矩,并作為控制參數發送到驅動器,驅動器驅動電機進入力矩模式并輸出力矩,平衡上肢康復機器人機械臂重力。結果實驗所用機械臂長度L1=300 mm、L2=300 mm,關節運動角度0°~140°,機械臂自體質量M1=3.0 kg、M2=4.4 kg;電機可提供最大力矩27 N·m、最大電流0.766 A;滿足實驗需求。在肩關節屈/伸角度范圍為30°~120°的機械臂上選取7組角度進行實驗。實驗證明,在30°~75°內實際輸出力矩大于理論輸出力矩,機械臂保持平衡且有向上運動的趨勢;在90°~120°內,實際輸出力矩略小于理論力矩,機械臂保持平衡且有向下運動的趨勢。結論實驗證明,筆者設計能很好地實現機械臂重力平衡。