一种生物融合式膝关节康复机器人的设计及研究
发布时间：2022-01-26 11:27
针对膝关节运动障碍的患者,需要对其进行正确、科学的康复训练。在实际康复过程中,膝关节和外骨骼轴线之间会产生相对位移,患者常会感到不适。为了改善这一缺点,本文提出了一种生物融合式膝关节康复机器人。该机器人可以弥补人工康复治疗手段效率低、劳动强度大的缺点,同时能实现在康复过程中补偿人体膝关节与外骨骼膝关节转动中心的错位,使康复机器人与人体膝关节的运动达到协调统一。首先,基于膝关节解剖学,以一种具有变轴线转动的1R人体膝关节模型为基础,提出一种膝关节与外骨骼轴线自动对准的生物融合式膝关节康复机构型综合的方法,综合设计出一系列生物融合式膝关节康复机构,并根据人体的特征参数,提出了一种最优生物融合式膝关节康复机构。对综合的生物融合式膝关节康复机构进行具体结构设计,分析计算了该机构的运动学正反解,利用极坐标边界搜索法绘制出膝关节康复机器人的工作空间。通过矢量闭环法得到了机构各构件的速度和加速度,为生物融合式膝关节康复机器人动力学模型的构建提供研究基础。对生物融合式膝关节康复机器人进行动力学探究。建立膝关节康复机器人的牛顿欧拉方程,基于Adams/Simulink联合仿真技术得到生物融合式膝关节康复...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大艾外骨骼康复机器人
燕山大学工程硕士学位论文-2-1.2膝关节康复机器人国内外研究现状国内外相关学者通过对相关前沿知识的借鉴和吸收，在膝关节康复机器人的结构构型和控制策略上取得了一定的成果，下面以几个典型的康复外骨骼为例，介绍康复机器人的国内外研究现状。1.2.1膝关节康复机器人国内研究现状2018年，北京大艾外骨骼公司研发出艾康外骨骼康复机器人，如图1-1所示[7]。此机器人适用于脊髓损伤患者，具有6个自由度，在伺服电机的作用下，驱动病人下肢的三个关节进行康复训练，通过康复界面对康复训练模式进行设置，能满足不同病患在不同康复时期的康复需求。机器人外部框架底部装有四个万向轮，患者可以随时变换训练场地，不占用固定空间，具有多功能运动模式，杆长尺寸可调，适应不同身高的病患，进行有效的步态刺激，促使病人更快的矫正步态，加速康复。中科院研究所向大众公布了一款新型下肢智能辅助装置，如图1-2所示。与其他的下肢外骨骼相比，此产品具备一些卓越的优点，此康复装置单个机械腿就拥有5个自由度，每个关节都配置伺服驱动装置，驱动人体下肢进行正确的步态训练，下肢保证运动平衡无需拐杖支撑[8]。此设备具有康复评估系统，能实时把病患的康复训练数据反馈到下位机，自动生成康复报表。通过修改并优化控制程序，能实现康复机器人的最优步态控制。图1-1大艾外骨骼康复机器人图1-2新型智能可穿戴下肢外骨骼Auto-LEE璟和机器人公司研发出了具有多体位的下肢外骨骼机器人[9]，如图1-3所示。可用于脑卒中、脊髓损伤病患，帮助患者重塑步态技能。此款康复装置最大的优势在于
第1章绪论-3-能调整机器人位姿以此实现多体位的康复训练。大部分病患在早期身体比较虚弱，无法直立行走，将此产品设置成躺卧位进行康复训练，随着病患身体改善，逐步切换到直立姿态，一步步重塑病人的神经系统。燕山大学王洪波教授与其团队成员研制出了坐卧式多关节下肢康复机器人[10]，如图1-4所示。该机器人的左右两侧各配备一条外骨骼机械腿，而且每条腿拥有三个自由度，该机器人能够在矢状平面内完成人体的下肢康复运动，具有主动、被动以及轨迹辅助等多种训练模式，该机器人符合临床试验的各项规范和相关要求，现已朝着市场方向进行推广。图1-3Flexbot多体位智能下肢外骨骼康复机器人图1-4坐卧式多关节下肢康复机器人北京航空航天大学研制出了一种平面三自由度并联式下肢外骨骼[11]，如图1-5所示。驱动器分别是以旋转电动机以及滚珠丝杠为主要部件组成的，膝关节处的康复设备是具有仿生性能的并联机构，髋关节在简化时可以被当成一个铰链关节来看待，下肢外骨骼髋关节和膝关节构成了一个串并联机构，此机构能够带动小腿末端实现人体正常的步态轨迹，进而高精度的实现对复杂人体膝关节耦合运动的模拟。图1-5并联式下肢外骨骼样机图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于凯恩法的大摆角混联机床并联机构的动力学分析[J]. 薄瑞峰,鲁岩,李瑞琴. 制造技术与机床. 2019(07)
[2]Development of a novel autonomous lower extremity exoskeleton robot for walking assistance[J]. Yong HE,Nan LI,Chao WANG,Lin-qing XIA,Xu YONG,Xin-yu WU. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(03)
[3]下肢外骨骼康复机器人及其关键技术研究[J]. 李静,朱凌云,苟向锋. 医疗卫生装备. 2018(08)
[4]健康老龄化对中国启示[J]. 顾耀华,谭晓东. 中国公共卫生. 2019(08)
[5]对称单自由度螺旋运动并联机构型综合[J]. 杨彦东,甄春江,侯雨雷,曾达幸. 机械工程学报. 2019(03)
[6]2RUS/2RRS并联机构及其运动学分析[J]. 耿明超,赵铁石,张灿果. 机械传动. 2018(02)
[7]基于球面五杆机构的变胞并联机构构型综合[J]. 王冰,方跃法. 机械工程学报. 2018(19)
[8]具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合[J]. 李仕华,田志立,王子义,韩雪艳. 机械工程学报. 2017(23)
[9]基于GF集理论的3T2R并联机构型综合[J]. 揭景斌,曹毅,俞经虎,马垚,陈根禄. 机械传动. 2017(06)
[10]一类恒定雅可比矩阵移动并联机构的判定与综合[J]. 赵延治,曹亚超,梁博文,赵铁石. 机械工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]步行康复训练助行腿机器人系统[D]. 冯治国.上海大学 2009
硕士论文
[1]下肢康复机器人的结构设计与性能分析研究[D]. 夏昊.中北大学 2019
[2]基于外骨骼的下肢康复机器人结构设计与研究[D]. 高亮.安徽工业大学 2019
[3]一种等速康复训练机器人的设计与分析[D]. 齐方宇.合肥工业大学 2019
[4]基于案例推理的康复训练专家系统的研究与应用[D]. 沈龙龙.东北大学 2013
[5]下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计[D]. 朱小标.上海交通大学 2013
[6]基于双目视觉智能轮椅导航的关键技术研究[D]. 李永超.江苏大学 2010
本文编号：3610412
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大艾外骨骼康复机器人
燕山大学工程硕士学位论文-2-1.2膝关节康复机器人国内外研究现状国内外相关学者通过对相关前沿知识的借鉴和吸收，在膝关节康复机器人的结构构型和控制策略上取得了一定的成果，下面以几个典型的康复外骨骼为例，介绍康复机器人的国内外研究现状。1.2.1膝关节康复机器人国内研究现状2018年，北京大艾外骨骼公司研发出艾康外骨骼康复机器人，如图1-1所示[7]。此机器人适用于脊髓损伤患者，具有6个自由度，在伺服电机的作用下，驱动病人下肢的三个关节进行康复训练，通过康复界面对康复训练模式进行设置，能满足不同病患在不同康复时期的康复需求。机器人外部框架底部装有四个万向轮，患者可以随时变换训练场地，不占用固定空间，具有多功能运动模式，杆长尺寸可调，适应不同身高的病患，进行有效的步态刺激，促使病人更快的矫正步态，加速康复。中科院研究所向大众公布了一款新型下肢智能辅助装置，如图1-2所示。与其他的下肢外骨骼相比，此产品具备一些卓越的优点，此康复装置单个机械腿就拥有5个自由度，每个关节都配置伺服驱动装置，驱动人体下肢进行正确的步态训练，下肢保证运动平衡无需拐杖支撑[8]。此设备具有康复评估系统，能实时把病患的康复训练数据反馈到下位机，自动生成康复报表。通过修改并优化控制程序，能实现康复机器人的最优步态控制。图1-1大艾外骨骼康复机器人图1-2新型智能可穿戴下肢外骨骼Auto-LEE璟和机器人公司研发出了具有多体位的下肢外骨骼机器人[9]，如图1-3所示。可用于脑卒中、脊髓损伤病患，帮助患者重塑步态技能。此款康复装置最大的优势在于
第1章绪论-3-能调整机器人位姿以此实现多体位的康复训练。大部分病患在早期身体比较虚弱，无法直立行走，将此产品设置成躺卧位进行康复训练，随着病患身体改善，逐步切换到直立姿态，一步步重塑病人的神经系统。燕山大学王洪波教授与其团队成员研制出了坐卧式多关节下肢康复机器人[10]，如图1-4所示。该机器人的左右两侧各配备一条外骨骼机械腿，而且每条腿拥有三个自由度，该机器人能够在矢状平面内完成人体的下肢康复运动，具有主动、被动以及轨迹辅助等多种训练模式，该机器人符合临床试验的各项规范和相关要求，现已朝着市场方向进行推广。图1-3Flexbot多体位智能下肢外骨骼康复机器人图1-4坐卧式多关节下肢康复机器人北京航空航天大学研制出了一种平面三自由度并联式下肢外骨骼[11]，如图1-5所示。驱动器分别是以旋转电动机以及滚珠丝杠为主要部件组成的，膝关节处的康复设备是具有仿生性能的并联机构，髋关节在简化时可以被当成一个铰链关节来看待，下肢外骨骼髋关节和膝关节构成了一个串并联机构，此机构能够带动小腿末端实现人体正常的步态轨迹，进而高精度的实现对复杂人体膝关节耦合运动的模拟。图1-5并联式下肢外骨骼样机图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于凯恩法的大摆角混联机床并联机构的动力学分析[J]. 薄瑞峰,鲁岩,李瑞琴. 制造技术与机床. 2019(07)
[2]Development of a novel autonomous lower extremity exoskeleton robot for walking assistance[J]. Yong HE,Nan LI,Chao WANG,Lin-qing XIA,Xu YONG,Xin-yu WU. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(03)
[3]下肢外骨骼康复机器人及其关键技术研究[J]. 李静,朱凌云,苟向锋. 医疗卫生装备. 2018(08)
[4]健康老龄化对中国启示[J]. 顾耀华,谭晓东. 中国公共卫生. 2019(08)
[5]对称单自由度螺旋运动并联机构型综合[J]. 杨彦东,甄春江,侯雨雷,曾达幸. 机械工程学报. 2019(03)
[6]2RUS/2RRS并联机构及其运动学分析[J]. 耿明超,赵铁石,张灿果. 机械传动. 2018(02)
[7]基于球面五杆机构的变胞并联机构构型综合[J]. 王冰,方跃法. 机械工程学报. 2018(19)
[8]具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合[J]. 李仕华,田志立,王子义,韩雪艳. 机械工程学报. 2017(23)
[9]基于GF集理论的3T2R并联机构型综合[J]. 揭景斌,曹毅,俞经虎,马垚,陈根禄. 机械传动. 2017(06)
[10]一类恒定雅可比矩阵移动并联机构的判定与综合[J]. 赵延治,曹亚超,梁博文,赵铁石. 机械工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]步行康复训练助行腿机器人系统[D]. 冯治国.上海大学 2009
硕士论文
[1]下肢康复机器人的结构设计与性能分析研究[D]. 夏昊.中北大学 2019
[2]基于外骨骼的下肢康复机器人结构设计与研究[D]. 高亮.安徽工业大学 2019
[3]一种等速康复训练机器人的设计与分析[D]. 齐方宇.合肥工业大学 2019
[4]基于案例推理的康复训练专家系统的研究与应用[D]. 沈龙龙.东北大学 2013
[5]下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计[D]. 朱小标.上海交通大学 2013
[6]基于双目视觉智能轮椅导航的关键技术研究[D]. 李永超.江苏大学 2010
本文编号：3610412
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3610412.html
