空间四自由度下肢康复机器人设计与分析

发布时间：2021-09-25 11:03

　　随着脑血管病发病率的明显提高,辅助医师对患者进行康复训练的下肢康复机器人成为研究热点。下肢康复机器人机构的设计和研究,对提高患者的康复质量、减轻医师的压力、提高训练效率具有重要的实际意义。因此,针对下肢运动功能性障碍患者,提出一种多功能串并混联的下肢康复机器人。首先,立足于当前由各种因素引起的人体下肢功能性障碍患者众多这一背景,基于市场上对下肢康复机器人性能的要求,提出了一种基于串并混联机构的空间四自由度下肢康复机器人构型,能实现人体髋、膝、踝屈伸和髋收展的康复训练。通过建立人机模型,确定了机构的基本参数,进行了下肢康复机器人的三维设计。其次,对下肢康复机器人进行了运动学正反解和工作空间的分析,建立了人机系统运动学模型,求解了机构的速度雅可比,建立了机构的动力学模型,并对运动学和速度雅可比进行了ADAMS仿真验证。再次,设计了机器人的运动路径,规划了直线轨迹、踏圆轨迹和组合轨迹三种运动轨迹,为了使轨迹连续平稳,对位移、速度、加速度进行了设计,并验证了人体关节运动的合理性。同时,对机构进行了静力学分析,基于静力学分析结果完成了机构关键部件的选型。最后,研制出下肢康复机器人样机,搭建了样机... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

下肢康复机构及轨迹生成器

1.2 下肢康复机器人发展现状1.2.1 下肢康复机器人国外研究现状巴黎第八大学设计的一款下肢康复机构及轨迹生成器，如图 1-1 所示，该装置的特点为左右对称，通过两套滑轨驱动机构和踝关节驱动机构的运动来带动下肢实现关节的屈伸。在使用时，座椅不动，患者双脚置于脚踏板上，通过一套采集人体作用力的系统，轨迹生成器能够精确的实现等速、等距和等张的康复训练[10]。图 1-2 展示的是一种三自由度的下肢康复机器人，由土耳其伊尔迪兹科技大学研制[11]。该机器能够对患者进行髋关节和膝关节的屈伸训练，并在两个关节处设有接触力传感器，在实现人体下肢和机器同步运动的同时，可以感知人体的运动意图，在脚踏板和座椅之间设有连杆机构，在训练过程中起到保护患肢的作用。同时该机器人能够实现髋关节的外展和内收，病人通过人机交互界面就能操作实现主动、被动、示教训练。其不足之处是不能单独对踝关节进行康复训练。

第 1 章 绪 论西哥萨卡特卡斯理工大学研究的一款训练人体下肢髋关节康复机器人示，可以实现髋关节屈伸和内收外展的组合，该机构具有一个主动旋转外展运动，以及四个主动平移关节用于屈伸运动。实验测试表明，该能较高的下肢康复装置[13]。 1-5 为意大利公司研制的单腿电动式被动训练产品[14]，此设备各连杆吻合，三个转动副与人体髋、膝、踝关节相匹配，通过滑道上的移动往复直线运动。该设备能够帮助病人做被动的伸曲腿运动，从而实现个关节的康复。 1-6 为日本安川电机公司研制的 LR2[15]，LR2 包含三个自由度，能够练、多关节联动、混合运动等多种训练模式，主要用于被动康复训练控制方便，运行平稳。


本文编号：3409609