面向脑卒中偏瘫患者的下肢康复外骨骼虚拟样机设计与仿真
发布时间：2021-08-04 17:41
近年来,外骨骼机器人成为机器人领域的研究热点,外骨骼机器人技术的进步给康复训练带来了新的可能。该文章主要研究的是面向脑卒中偏瘫病人的下肢康复外骨骼机器人,并为其设计了配套的康复训练运动方案。首先,文章根据人体下肢的生理结构对下肢康复外骨骼进行了结构设计,选定了驱动方案,建立了三维虚拟样机模型。利用ANSYS软件对外骨骼进行了力学性能的验证,并进行了结构优化,以确保外骨骼使用上的安全性。其次,文章对外骨骼的运动学和动力学模型进行了探讨。文章建立了下肢外骨骼的正、逆运动学理论模型,并在MATLAB软件中进行了仿真验证;研究了下肢外骨骼的逆动力学理论模型,并通过拉格朗日法进行了数学建模;利用ADAMS多体动力学仿真软件中对前文建立的外骨骼运动学、动力学模型进行了仿真验证,为下文的控制系统的设计、康复训练运动轨迹的规划打下了基础。最后,文章确立了外骨骼的控制方案,并为脑卒中偏瘫患者设计了基于外骨骼的康复训练运动,重点对屈曲抬腿训练进行了轨迹规划,并在ADAMS中验证了设计的合理性。另外,本文对前文设计的下肢康复外骨骼的康复性能进行了仿真,通过对比分析患病步态、正常步态、患者穿戴外骨骼步态三种运...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外骨骼机器人HAL-5
浙江大学硕士学位论文第1章绪论3以色列埃尔格医学技术有限公司研发了助行外骨骼机器人Rewalk，它是由瘫痪患者阿米特博士主导研发的，如图1-2所示。它总重18kg，运动速度1km/h，可连续工作8h，整个外骨骼通过直流伺服电机驱动，不仅可以帮助下肢麻痹患者站立、行走，还可以用于爬楼或室外活动。研究证明Rewalk可以有效降低患者的疼痛，提高有氧代谢水平，帮助患者重拾康复信心。2012年，Rewalk个人版通过了欧盟CE认证，2014年，Rewalk通过了美国食品和药品管理局（FDA）认证。图1-1外骨骼机器人HAL-5图1-2外骨骼机器人RewalkHocoma医疗公司与苏黎世Balgrist大学共同研发了Lokomat下肢康复外骨骼机器人，如图1-3所示。它由减重装置、下肢康复外骨骼和运动平台三部分构成，可以对人体下肢的活动进行控制并且实时记录使用者在康复训练中各部位的受力情况，帮助患者与医师更直观地了解下肢恢复状况[9-11]。但是Lokomat的价格十分昂贵，只有少数康复机构有能力购买，而且由于技术保密，它的后期维护十分麻烦。目前Lokomat的进一步研究和改进还在继续，其结构和控制策略还在不断调整完善。
浙江大学硕士学位论文第1章绪论4图1-3Lokomat下肢康复外骨骼机器人1.2.2国内研究现状国内外骨骼的研发虽然起步较晚，但也有了不少成果，其中浙江大学、哈尔滨工程大学、清华大学、上海交通大学等单位都在外骨骼研究领域有了一些成果积累。浙江大学的陈鹰、杨灿军团队对下肢康复助力外骨骼进行了研究，目前已经研发了下肢康复步行外骨骼、下肢轮椅式外骨骼等外骨骼机器人。其中，下肢步行外骨骼采用了三个运动旋转副，并用销轴方式来具体实现，如图1-4所示。图1-4浙江大学下肢外骨骼机器人
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压驱动下肢助力外骨骼机器人膝关节结构设计及试验[J]. 靳兴来,朱世强,张学群,朱笑丛,潘忠强. 农业工程学报. 2017(05)
[2]穿戴式下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真[J]. 孙明艳,胡军,刘有海,陈金明,马绍兴. 机械. 2016(01)
[3]基于人体运动意图卡尔曼预测的外骨骼机器人控制及实验[J]. 龙亿,杜志江,王伟东. 机器人. 2015(03)
[4]外骨骼机器人结构设计与动力学仿真[J]. 张楠,易子凯. 机电信息. 2014(03)
[5]华南人髋臼前倾角测量分析及临床意义[J]. 金进宝,石岩,尚鹏,崔文岗,熊建义,王大平,肖德明. 国际骨科学杂志. 2013(06)
[6]降压治疗预防脑卒中或短暂性脑缺血发作患者脑卒中再发的荟萃分析[J]. 王增武,陈祚,李贤,王馨,Tom Richart,Jan A. Staessen,刘力生. 中华高血压杂志. 2012(05)
[7]负重外骨骼机器人液压驱动系统的初步设计[J]. 赖庆仁,张学胜,赵永东,苏力刚,刘昶. 液压与气动. 2011(09)
[8]人体下肢外骨骼机器人的研究进展[J]. 林宏衡,夏虹,王建华,周民伟. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2011(03)
[9]助行机器人系统设计[J]. 方芳,周武啸,韦巍. 传感器与微系统. 2010(08)
[10]基于旋量的SCARA机器人动力学分析[J]. 王科,刁常堃. 机械工程师. 2010(03)
博士论文
[1]助力型人体下肢外骨骼理论分析与实验研究[D]. 李杨.南京理工大学 2017
硕士论文
[1]穿戴式人体下肢康复机构设计与分析[D]. 贺鑫.西安理工大学 2019
[2]外骨骼下肢康复机器人的机理及试验研究[D]. 刘文龙.佳木斯大学 2018
[3]下肢外骨骼助力机器人结构设计与仿真分析[D]. 陈树洋.江苏大学 2018
[4]下肢外骨骼机器人人机运动学与静力学研究[D]. 段启超.西安工业大学 2015
[5]下肢外骨骼康复机器人助力模式控制策略研究[D]. 张元春.河北工业大学 2014
[6]中国正常成人步行时空参数研究及其临床应用[D]. 李香平.第三军医大学 2012
[7]穿戴式下肢外骨骼机构分析与设计[D]. 尹军茂.北京工业大学 2010
本文编号：3322123
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外骨骼机器人HAL-5
浙江大学硕士学位论文第1章绪论3以色列埃尔格医学技术有限公司研发了助行外骨骼机器人Rewalk，它是由瘫痪患者阿米特博士主导研发的，如图1-2所示。它总重18kg，运动速度1km/h，可连续工作8h，整个外骨骼通过直流伺服电机驱动，不仅可以帮助下肢麻痹患者站立、行走，还可以用于爬楼或室外活动。研究证明Rewalk可以有效降低患者的疼痛，提高有氧代谢水平，帮助患者重拾康复信心。2012年，Rewalk个人版通过了欧盟CE认证，2014年，Rewalk通过了美国食品和药品管理局（FDA）认证。图1-1外骨骼机器人HAL-5图1-2外骨骼机器人RewalkHocoma医疗公司与苏黎世Balgrist大学共同研发了Lokomat下肢康复外骨骼机器人，如图1-3所示。它由减重装置、下肢康复外骨骼和运动平台三部分构成，可以对人体下肢的活动进行控制并且实时记录使用者在康复训练中各部位的受力情况，帮助患者与医师更直观地了解下肢恢复状况[9-11]。但是Lokomat的价格十分昂贵，只有少数康复机构有能力购买，而且由于技术保密，它的后期维护十分麻烦。目前Lokomat的进一步研究和改进还在继续，其结构和控制策略还在不断调整完善。
浙江大学硕士学位论文第1章绪论4图1-3Lokomat下肢康复外骨骼机器人1.2.2国内研究现状国内外骨骼的研发虽然起步较晚，但也有了不少成果，其中浙江大学、哈尔滨工程大学、清华大学、上海交通大学等单位都在外骨骼研究领域有了一些成果积累。浙江大学的陈鹰、杨灿军团队对下肢康复助力外骨骼进行了研究，目前已经研发了下肢康复步行外骨骼、下肢轮椅式外骨骼等外骨骼机器人。其中，下肢步行外骨骼采用了三个运动旋转副，并用销轴方式来具体实现，如图1-4所示。图1-4浙江大学下肢外骨骼机器人
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压驱动下肢助力外骨骼机器人膝关节结构设计及试验[J]. 靳兴来,朱世强,张学群,朱笑丛,潘忠强. 农业工程学报. 2017(05)
[2]穿戴式下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真[J]. 孙明艳,胡军,刘有海,陈金明,马绍兴. 机械. 2016(01)
[3]基于人体运动意图卡尔曼预测的外骨骼机器人控制及实验[J]. 龙亿,杜志江,王伟东. 机器人. 2015(03)
[4]外骨骼机器人结构设计与动力学仿真[J]. 张楠,易子凯. 机电信息. 2014(03)
[5]华南人髋臼前倾角测量分析及临床意义[J]. 金进宝,石岩,尚鹏,崔文岗,熊建义,王大平,肖德明. 国际骨科学杂志. 2013(06)
[6]降压治疗预防脑卒中或短暂性脑缺血发作患者脑卒中再发的荟萃分析[J]. 王增武,陈祚,李贤,王馨,Tom Richart,Jan A. Staessen,刘力生. 中华高血压杂志. 2012(05)
[7]负重外骨骼机器人液压驱动系统的初步设计[J]. 赖庆仁,张学胜,赵永东,苏力刚,刘昶. 液压与气动. 2011(09)
[8]人体下肢外骨骼机器人的研究进展[J]. 林宏衡,夏虹,王建华,周民伟. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2011(03)
[9]助行机器人系统设计[J]. 方芳,周武啸,韦巍. 传感器与微系统. 2010(08)
[10]基于旋量的SCARA机器人动力学分析[J]. 王科,刁常堃. 机械工程师. 2010(03)
博士论文
[1]助力型人体下肢外骨骼理论分析与实验研究[D]. 李杨.南京理工大学 2017
硕士论文
[1]穿戴式人体下肢康复机构设计与分析[D]. 贺鑫.西安理工大学 2019
[2]外骨骼下肢康复机器人的机理及试验研究[D]. 刘文龙.佳木斯大学 2018
[3]下肢外骨骼助力机器人结构设计与仿真分析[D]. 陈树洋.江苏大学 2018
[4]下肢外骨骼机器人人机运动学与静力学研究[D]. 段启超.西安工业大学 2015
[5]下肢外骨骼康复机器人助力模式控制策略研究[D]. 张元春.河北工业大学 2014
[6]中国正常成人步行时空参数研究及其临床应用[D]. 李香平.第三军医大学 2012
[7]穿戴式下肢外骨骼机构分析与设计[D]. 尹军茂.北京工业大学 2010
本文编号：3322123
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3322123.html
最近更新
教材专著
