穿戴式踝关节康复装置设计

发布时间：2017-10-29 16:05

  本文关键词：穿戴式踝关节康复装置设计

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【摘要】：关节康复装置是将机器人技术、自动化技术和临床康复医学技术相结合而产生的一种辅助或替代康复理疗师完成关节康复训练的机器人自动化装置。它利用机器人速度调节灵活、运动精度高、可替代人长时间重复工作等特点,不仅可以帮助患者进行准确、持续、有效的关节康复训练,而且可以缓解理疗师资源紧张和解决人工训练中存在的各种问题。本课题的目标是开发一款两自由度穿戴式踝关节康复装置,实现辅助或替代理疗师对踝关节有病患的患者进行康复训练的目的,既要满足患者穿戴快捷、携带方便、关节柔顺舒适的要求,又要满足操作简单、安全可靠的功能要求。首先,本课题深入研究了国内外研究机构所设计的踝关节康复系统,了解其原理,剖析其优缺点。通过研究人体踝关节的生理结构、踝关节内外侧韧带损伤机理及其康复训练方法,利用双套索传动系统设计了一款适用于踝关节内外侧韧带损的、可穿戴行走的两自由度穿戴式踝关节康复装置。其次,优化设计了扭转弹簧用于增加本康复装置的关节柔顺性和抗干扰性,详细介绍了扭转弹簧的优化设计方法、材料选择和ANSYS软件仿真,并在所设计的实验平台上对其进行线性标定实验,验证其作为扭矩传感器的可行性。另外,在双套索传动系统的建模分析基础之上,通过建立D-H坐标系,利用拉格朗日法对整个穿戴式踝关节康复装置进行了整体建模分析,探讨了本康复装置的动力学特性。最后,搭建了本康复装置的实验平台,基于踝关节康复装置样机、控制系统硬件系统和软件系统对康复装置样机进行了实验研究,分别进行了轨迹跟踪实验、力矩阶跃响应实验、位置频率响应实验和等速肌力实验。
【关键词】：踝关节 康复装置 穿戴式 柔顺踝关节 扭转弹簧
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R684;R496
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 国外研究现状10-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 等速肌力技术简介15-17
• 1.3.1 等速肌力技术定义15-16
• 1.3.2 国内外研究现状16-17
• 1.4 穿戴式踝关节康复装置技术难点分析17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第二章 踝关节生理结构及康复训练方法研究19-25
• 2.1 踝关节的构成19-20
• 2.1.1 踝关节参考坐标系19
• 2.1.2 踝关节生理结构19-20
• 2.2 踝关节运动形式20-21
• 2.3 踝关节损伤机理及康复训练方法21-24
• 2.3.1 踝关节损伤机理21
• 2.3.2 踝关节韧带损伤临床分级21-22
• 2.3.3 踝关节康复训练方法22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 穿戴式踝关节康复装置结构设计25-38
• 3.1 踝关节康复装置总体方案设计25
• 3.2 套索传动系统25-26
• 3.2.1 套索传动系统简介25-26
• 3.2.2 套索传动方式26
• 3.3 踝关节康复装置具体结构设计26-32
• 3.3.1 结构设计要求26-27
• 3.3.2 背屈/跖屈和外翻/内翻自由度实现27-28
• 3.3.3 双套索传动系统28-29
• 3.3.4 柔顺踝关节29-31
• 3.3.5 辅助机构31-32
• 3.4 扭转弹簧结构优化设计及有限元仿真32-37
• 3.4.1 扭转弹簧材料选择32-33
• 3.4.2 扭转弹簧结构优化设计33-34
• 3.4.3 扭转弹簧有限元仿真34-35
• 3.4.4 扭转弹簧加工及热处理35
• 3.4.5 扭转弹簧标定实验35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 穿戴式踝关节康复装置建模分析38-51
• 4.1 双套索传动系统建模分析38-42
• 4.1.1 单套索传动系统模型38-39
• 4.1.2 双套索传动系统模型39-41
• 4.1.3 双套索传动系统模型仿真分析41-42
• 4.2 踝关节建模分析42-49
• 4.2.1 踝关节坐标系建立42-44
• 4.2.2 拉格朗日建模44-49
• 4.3 康复装置整体建模49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 踝关节康复装置控制系统及实验研究51-59
• 5.1 控制系统硬件结构51-52
• 5.2 穿戴式踝关节康复装置实验研究52-58
• 5.2.1 轨迹跟踪实验52-53
• 5.2.2 力矩阶跃响应实验53-55
• 5.2.3 位置频率响应实验55-56
• 5.2.4 等速肌力实验56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-60
• 6.1 论文工作总结59
• 6.2 未来工作展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 作者简介65

【参考文献】

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本文编号：1113662