01机械系统设计
通过解剖学知识可知，由于肩关节结构复杂，为了方便研究，这里将肩关节运动简化为3个正交运动，分别是屈伸/伸展、外展/内收、旋内/旋外(如图1所示)。
设计的肩关节外骨骼康复机器人机构简图如图 2所示。
机器人共有6个自由度，3个平动，3个转动。3个旋转自由度的轴线相交于一点，与肩关节的轴线和旋转中心重合。L形机械臂通过旋转运动，完成末端的位置调整。机器人末端和半圆环进行旋转运动，可以分别实现肩关节的屈伸/伸展、外展/内收、旋内/旋外。整个机械臂可以进行上下移动，解决了肩关节瞬时旋转中心瞬时可变性的问题，符合人体肩关节运动规律，并对不同患者身高进行高度调节。两个滑台可以对机器人的位置进行前后、左右调节，帮助机器人完成更加复杂的康复运动。
02运动学分析
03机器人虚拟样机仿真分析
在验证了运动学公式的正确性后，通过ADAMS虚拟样机技术，对康复机器人的虚拟样机进行仿真，观察康复机器人运动情况，测试康复机器人运行稳定性，然后通过后处理模块的分析结果，对康复机器人机构进行优化改进。将UG软件中建立好的三维模型导出为Parasolid文件，导入ADAMS中，对各个关节添加约束(JOINT)。设计一个多关节复合康复动作，使用STEP函数在各个关节添加驱动。通过ADAMS提供的ModelVerify命令检测模型定义是否正确，然后设置仿真时间为10s，步长为400步，点击仿真开始按钮进行仿真。
仿真得到各关节角速度和输出力矩，如图4所示。可以看出:各关节角速度曲线平滑，运动平稳，没有出现突变，关节输出力矩也在电机选型范围之内。
04机器人末端工作空间分析
机器人工作空间是衡量机器人康复水平的一个重要评价指标，是指机械臂末端能达到的所有空间位置的合集。运用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行分析。蒙特卡洛法是基于概率统计理论的一种数值计算方法。利用MATLAB中的rand()函数对取值范围内进行随机抽取，机器人末端作为参考点，结合正运动学方程中得到的位置矢量，生成参考点的集合就是工作空间。
运用MATLAB中plot3和plot绘图函数画出机器人工作空间的三维云图及平面云图，如图 5 所示。
05总结
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