踝关节康复机器人技术背景 - 踝关节是身体关键承重关节，易在运动或意外中受伤，传统人工康复过程漫长且效果不一致，机器人辅助康复展现出巨大潜力[1] - 现有踝关节康复机器人分平台式和可穿戴式，平台式能完成复杂动作且承重能力强，是功能康复主力[1] - 现有设计存在结构复杂、依赖昂贵球铰关节、缺乏拉伸运动设计等问题，并联式机器人还存在奇异位形风险[1] 南京航空航天大学创新方案 - 团队提出新型踝关节康复机构PARM-N及其冗余驱动形式PARM-R，精准模拟背屈/跖屈、内翻/外翻和轴向牵引三种核心运动[2] - 设计采用电机固定于机架降低运动质量，通过恰约束支链简化结构，无球铰和六自由度支链，采用平行四边形关节扩大运动范围[5] - 冗余驱动有效避免奇异位形，机构具有绕X/Y轴转动和沿Z轴移动自由度，满足康复需求[5][10] 技术性能突破 - 运动学分析采用Newton-Raphson法求解冗余驱动位置正解，非冗余构型通过几何约束方程推导解析解[6] - 冗余驱动机构仅存在逆解奇异，非冗余构型存在三类奇异位形，部分正解奇异位形影响康复训练范围[10] - 冗余驱动机构运动/力传递指标优于非冗余构型，优质传递工作空间（指标≥0.6）占比从0.14提升至0.889[19][29] - 刚度模型误差<10%，冗余驱动在β=-10°~30°范围外刚度表现更优，非冗余驱动在α=-10°~30°和β=-45°~10°范围内更优[22][23] 优化成果 - 尺寸优化后冗余驱动机构全域优质刚度工作空间占比从0.598提升至0.761，非冗余驱动从0.334提升至0.663[29] - 优化使两种构型低性能区域转移至工作空间边界，运动/力传递和刚度指标波动幅度显著降低，运行更平稳[29] - 研究成果发表于《Mechanism and Machine Theory》，第一作者为南航博士生张笑舒，通讯作者为吉爱红研究员[18]