人体膝关节自适应康复器机构设计与运动学分析

发布时间：2021-09-25 00:05

　　设计了一种膝关节自适应康复器,该康复器由摆动导杆和曲柄滑块机构串联组成。依据人机工程学,通过对人体膝关节运动特点的分析,确定了自适应康复器中大小腿杆长度范围。为实现对人体膝关节伸曲角度的自适应调节,以复数矢量法为基础,建立了机构运动学模型。根据运动学方程,得出了膝关节伸曲角度与机构中可移动机架高度的关系式,确定了机构的尺寸。对自适应康复器与传统的康复器机构（曲柄滑块机构）进行了仿真分析对比。结果表明,串联式康复器和传统的康复器机构曲柄滑块机构运动特性均满足膝关节康复器伸曲角度,但串联式组合膝关节康复器运动平稳性更好。 

【文章来源】：机械传动. 2020,44(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

成熟持续被动训练康复器结构示意图

膝关节运动范围能够达到的极限运动范围[10-11]如表2所示。由表2可知，膝关节主要有屈/伸运动和旋内/旋外运动，但旋内/旋外运动由于转动角度比较小，因此，可将膝关节运动看做只有1个自由度。1.2 康复器的设计要求

本文中拟采用曲柄滑块机构前串接一个摆动导杆机构，通过调整导杆机构曲柄连架铰链中心高度（即导杆机构机架长度）及曲柄滑块机构曲柄和连杆长度，驱动摆动导杆曲柄的旋转，可以调整膝关节的最大屈伸角度（即曲柄滑块机构曲柄与连杆的最大夹角），实现膝关节屈伸角在安全范围内转动，使得运动更加平稳。康复器机构原理如图3所示。为实现膝关节康复器屈伸角度自适应方便调节，尽量减少杆长的变动。通过调节可移动轴Ⅰ的高度进而调节膝关节屈伸可以转动的最大角度，使其符合医嘱的训练计划，病患者可以根据康复状况逐渐增大膝关节屈伸角训练最大值。初始状态时，依据人体下肢尺寸调节好大、小腿杆长，导杆机构导杆处于右极限位置时，曲柄滑块机构滑块亦处于右极限位置，且B1C1与滑块导路中心线C1E1正交，此时，大腿杆C1F1与小腿杆F1D1共线，膝关节病患者将下肢大腿通过柔性件绑附在大腿杆C1F1上，小腿通过柔性件绑附在小腿杆F1D1，此时，膝关节屈伸角度等效为大腿杆C1F1与小腿杆F1D1通过转动副转动的角度。如图4所示，当可移动轴Ⅰ的高度为H1时，膝关节屈伸角最大值为ε1；如图5所示，当可移动轴Ⅰ的高度为H2时，膝关节屈伸角最大值为ε2。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多模式柔顺膝关节康复器设计及力分析[J]. 滕燕,杨罡,王士允,李小宁.  机械制造与自动化. 2012(02)
[2]面向仿人机器人自然步态规划的人体步行实验分析[J]. 夏泽洋,陈恳,刘莉,熊璟.  机器人. 2008(01)
[3]膝关节康复器的研制及其临床应用[J]. 洪时清,洪小灵,洪涛张,继女原.  中医正骨. 2005(07)
[4]一种下肢被动运动康复训练器[J]. 孙建东,金德闻.  中国康复医学杂志. 2001(05)

博士论文
[1]下肢康复训练机器人关键技术研究[D]. 张晓超.哈尔滨工程大学 2009

硕士论文
[1]一种新型可穿戴式助行机器人的研究[D]. 陈文.南昌大学 2014
[2]柔顺主—被动膝关节康复训练技术研究[D]. 杨罡.南京理工大学 2011



本文编号：3408700