下肢康复训练器的系统设计及运动控制分析

发布时间：2021-05-09 16:30

　　当今社会人口老龄化逐渐加剧,因为交通事故和意外损伤等情况,造成的肢体运动障碍的患者与日俱增,因此对康复训练的需求也日益增大。下肢康复训练机器人的应用主要是针对下肢运动损伤、下肢肌无力患者人群,通过被动式训练带动患者下肢模拟人体正常行走时的步态,实现康复评定学中运动康复的治疗效果。本文针对患者下肢康复训练需求,对下肢康复训练器的结构设计,运动分析,建模仿真等方面展开研究。首先,依据“康复评定学”理论提出下肢康复训练器的设计原则,对主要结构进行设计并建立三维模型。其次,采用CATIA和Solid20Works联合仿真,设计实验,对三维模型进行人机工程学分析。制造样机。第三,在三维模型基础之上建立运动学及动力学模型,结合CGA临床步态数据,通过运动学分析和动力学仿真,验证运动模型和求取相关动力参数。第四,提出控制系统框架,以STM32为主控芯片设计电机伺服驱动的并联式控制系统,分析实际场景中情况,以Lab20VIEW为平台设计上位机的人机交互界面,完成了相应的硬件制作和软件编程。第五,对人体站姿情况下的起步,支撑期,摆动期,停止四种情况进行运动轨迹规划,利用Matlab建立下肢康复训练器的控... 

【文章来源】：中原工学院河南省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
    1.1 课题背景
    1.2 下肢康复训练器国内外发展现状
        1.2.1 下肢康复训练器国外发展现状
        1.2.2 下肢康复训练器国内发展现状
    1.3 下肢康复训练器当前现状分析
    1.4 选题意义与课题来源
    1.5 论文主要内容
2.人体下肢康复理论
    2.1 人体下肢康复理论
    2.2 人体下肢自然行走步态原理
    2.3 下肢康复训练器设计原则
    2.4 本章小结
3.下肢康复训练器结构设计
    3.1 下肢康复训练器设计要求
        3.1.1 安全要求
        3.1.2 机构传动要求
        3.1.3 人机协调要求
    3.2 下肢康复训练器机构设计
        3.2.1 髋关节及膝关节设计
        3.2.2 大腿及小腿支臂设计
        3.2.3 整体支架设计
    3.3 下肢康复训练器人机工程优化
        3.3.1 人机工程学
        3.3.2 人机工程虚拟环境构建
        3.3.3 下肢康复训练器人机工程验证
    3.4 下肢康复训练器样机
    3.5 本章小结
4.下肢康复训练器运动分析
    4.1 人体下肢骨骼运动分析
    4.2 下肢康复训练器运动学分析
        4.2.1 下肢康复训练器运动学正解
        4.2.2 下肢康复训练器运动学反解
        4.2.3 下肢康复训练器运动模型仿真验证
    4.3 下肢康复训练器动力学分析
        4.3.1 下肢康复训练器动力学模型构建
        4.3.2 下肢康复训练器动力学分析
        4.3.3 下肢康复训练器动力学仿真验证
    4.4 主要零部件选型
    4.5 本章小结
5.下肢康复训练器控制系统设计
    5.1 下肢康复训练器控制系统架构
    5.2 下肢康复训练器硬件电路设计
        5.2.1 电子元器件选型
        5.2.2 电源电路
        5.2.3 伺服通讯电路
        5.2.4 上位机通讯电路
    5.3 下肢康复训练器人机交互系统设计
        5.3.1 人机交互系统功能需求
        5.3.2 人机交互系统设计框架
        5.3.3 人机交互系统程序开发
    5.4 下肢康复训练器控制系统性能检测
        5.4.1 电源电路测试
        5.4.2 控制器脉冲测试
    5.5 本章小结
6.下肢康复训练器控制研究
    6.1 下肢康复训练器控制模型构建
        6.1.1 下肢康复训练器位置控制框架
        6.1.2 下肢康复训练器控制模型
    6.2 下肢康复训练器控制策略
    6.3 下肢康复训练器运动轨迹规划
    6.4 下肢康复训练器实验测试
    6.5 本章小结
7.结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
附录 :硕士研究生学习阶段所获成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Robotic20Toolbox和ADAMS的机器人运动学及动力学仿真[J]. 刘振,李本旺,合烨,陈小安,徐超.  机床与液压. 2019(22)
[2]基于ADAMS的液压挖掘机工作装置优化分析[J]. 聂阳文,胡星,闫磊.  计算机仿真. 2019(11)
[3]脊椎损伤者职业重建[J]. 罗椅民.  标准科学. 2018(11)
[4]人体下肢外骨骼康复机器人的动力学分析与研究[J]. 夏田,桓茜,陈宇,徐建林.  机械设计与制造. 2018(09)
[5]可穿戴式助力外骨骼特征动作动力学研究[J]. 张斌,刘放,杨小平,许鸿谦.  机械设计与制造. 2018(08)
[6]实时测控数据处理软件集群通用化框架设计[J]. 童艳,方建勋.  火力与指挥控制. 2018(06)
[7]可穿戴膝关节外骨骼结构设计与运动分析[J]. 李静,周建军,赵轶钦,温志烨.  机械传动. 2017(08)
[8]基于人机信息交互的助行外骨骼机器人技术进展[J]. 明东,蒋晟龙,王忠鹏,綦宏志,万柏坤.  自动化学报. 2017(07)
[9]基于LabVIEW分子泵运行状况实时监测系统设计[J]. 叶超,吉方,张日升,何朝晖.  机床与液压. 2017(10)
[10]穿戴式外骨骼康复辅具临床应用现状分析[J]. 陈学斌,刘利荣,安峥,高敏,高海鹏.  科技导报. 2017(02)

博士论文
[1]坐卧式下肢康复机器人机构设计与协调控制研究[D]. 冯永飞.燕山大学 2018
[2]基于柔性外骨骼人机智能系统基础理论及应用技术研究[D]. 张佳帆.浙江大学 2009
[3]可穿戴型助力机器人技术研究[D]. 陈峰.中国科学技术大学 2007

硕士论文
[1]多姿态六自由度下肢康复机器人的设计与分析[D]. 赵朝盛.燕山大学 2017
[2]下肢康复机器人主动训练研究与实现[D]. 卢浩.燕山大学 2016
[3]下肢康复机器人控制系统及控制策略研究[D]. 张冬.燕山大学 2016
[4]下肢步态康复训练器的设计及研究[D]. 武建双.燕山大学 2014
[5]脚踏车式下肢康复训练器设计及研究[D]. 甄红卫.燕山大学 2012
[6]家用机器人的产品形式与设计要素[D]. 赵巍.浙江大学 2008



本文编号：3177640