当前位置:主页 > 医学论文 > 生物医学论文 >

气动肌肉驱动的踝关节康复训练装置设计及控制特性研究

发布时间:2018-06-01 13:03

  本文选题:气动肌肉 + 踝关节 ; 参考:《广东工业大学》2012年硕士论文


【摘要】:踝关节康复训练是一种对患者的踝关节进行运动训练,实现其运动功能康复的治疗方法。踝关节是人体下肢最复杂的关节,也是最重要的一个关节之一。因为意外造成神经损伤或者肢体损伤的病人,长时间不能自主运动,容易产生踝关节粘连和肌肉萎缩,因此有必要对踝关节进行合理、科学的康复训练。在各种康复训练运动中,等速持续被动运动(CPM, Continuous Passive Motion)和等速主动抗阻运动(ARM, Active Resistance Motion)是目前应用最广泛,而且公认是最有效的康复训练方法。等速康复训练运动需要专用的等速康复训练装置实现,传统的等速康复训练装置以电机或气缸作为驱动器,容易实现且控制特性好,但是缺乏安全性和柔顺性。与此相比,气动肌肉是一种新型的驱动器,不仅有较好的安全性和柔顺性,还具有与生物肌肉非常相似的力/长度特性,因此本文采用气动肌肉作为驱动器,设计了踝关节康复训练装置和等速CPM、等速ARM控制器,并对装置的控制特性进行了模拟实验研究。 首先,本文根据踩关节康复训练的要求,提出了踝关节康复训练装置的总体方案,并对气动系统和机械系统进行了设计。 其次,采用嵌入式系统作为康复训练装置的控制系统,对嵌入式硬件系统和软件系统进行了设计,包括主控模块和传感器选型,测控回路、应用程序开发及其开发环境搭建,程序代码开发等。 然后,对康复训练装置的等速CPM控制特性进行了实验研究。先在康复训练装置中应用前馈-PID反馈控制算法,然后在控制算法中加入给定超前和位置补偿,并使用安装在实验装置运动平台上的质量块作为负载模拟人脚的质量,进行控制特性实验研究。 最后,针对踝关节等速ARM康复训练的要求,设计了等速ARM控制器,并进行了质量块模拟和人参与的等速ARM实验,对其控制特性进行了研究。 实验的结果表明,所设计的康复训练装置能满足跺关节等速CPM和等速ARM的要求,对类似的下肢康复机器人设计研究有参考价值。
[Abstract]:Ankle rehabilitation training is a kind of treatment for ankle joint movement training to realize its motor function rehabilitation. Ankle is the most complex joint of human lower extremities, and it is also one of the most important joints. It is necessary to carry out reasonable and scientific rehabilitation training of ankle joint because the patient who accidentally caused nerve injury or limb injury can not exercise autonomously for a long time and is prone to ankle joint adhesion and muscle atrophy. Among all kinds of rehabilitation training exercises, isokinetic passive exercise, Continuous Passive Motion) and isokinetic active resistance exercise, Active Resistance Motion) are the most widely used and recognized as the most effective rehabilitation training methods. The constant-speed rehabilitation training needs a special constant-speed rehabilitation training device. The traditional isokinetic rehabilitation training device uses motor or cylinder as the driver, which is easy to realize and has good control characteristics, but it lacks safety and flexibility. Compared with this, pneumatic muscle is a new type of driver, which not only has good safety and flexibility, but also has the force / length characteristics similar to that of biological muscle. Therefore, pneumatic muscle is used as driver in this paper. The ankle rehabilitation training device, isokinetic CPM and isokinetic ARM controller are designed, and the control characteristics of the device are simulated and studied. First of all, according to the requirements of training, the overall scheme of ankle rehabilitation training equipment is put forward, and the pneumatic system and mechanical system are designed. Secondly, the embedded system is used as the control system of rehabilitation training device. The embedded hardware system and software system are designed, including the selection of main control module and sensor, the measurement and control loop, the development of application program and the construction of development environment. Program code development, etc. Then, the constant-speed CPM control characteristics of rehabilitation training equipment are studied experimentally. The feedforward pid feedback control algorithm is first applied in the rehabilitation training device, and then the given lead and position compensation is added to the control algorithm, and the mass block installed on the motion platform of the experimental device is used as the load to simulate the mass of the human foot. The control characteristics are studied experimentally. Finally, an isokinetic ARM controller is designed to meet the requirements of the constant-speed ARM rehabilitation training of the ankle joint. The mass block simulation and the experiment of isokinetic ARM are carried out, and the control characteristics of the controller are studied. The experimental results show that the designed rehabilitation training device can meet the requirements of isokinetic CPM and isokinetic ARM of the stomp joint and has reference value for the design of similar lower limb rehabilitation robots.
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH789

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 滕燕;杨罡;李小宁;黄新燕;;推力大行程气动柔性驱动器及其特性[J];南京理工大学学报;2011年04期

2 张文志;刘永生;;一种新型腿轮混合机器人及其轮滑运动规划[J];机械科学与技术;2011年07期

3 国鑫;张志宇;陈志鸿;;多关节机械腿的控制系统设计[J];机电工程;2011年07期

4 董金波;;双足机器人步态规划与运动学仿真研究[J];机械与电子;2011年07期

5 孙大刚;冯辰生;宋勇;章新;卢南炎;;Mckibben型气动人工肌肉缓冲座椅减振特性分析[J];农业工程学报;2011年07期

6 冼进;毕盛;庄钟杰;;机器人步态算法仿真研究[J];科学技术与工程;2011年21期

7 刘昊;王涛;范伟;赵彤;王军政;;气动人工肌肉关节的自抗扰控制[J];机器人;2011年04期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

相关会议论文 前10条

1 高大伟;苏培基;伍中庆;;踝关节骨折脱位并下胫腓联合分离的手术治疗[A];第11届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2003年

2 张春;沈立锋;张展;郭峭峰;张晓文;马苟平;;应用股前外侧肌皮瓣修复足踝侧方严重缺损与重建踝关节稳定性的作用[A];2011年浙江省显微外科学暨手外科学学术年会论文汇编[C];2011年

3 史鹰勤;徐卫国;;踝穴位与常规踝关节正位摄片对于临床诊治的作用[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年

4 毛宾尧;胡裕桐;应忠追;司全明;李新春;;人工踝关节置换——43例5年5个月随访结果[A];2006年浙江省骨科学术会议暨浙江省脊柱脊髓学术会议论文汇编[C];2006年

5 黄涛;毛宾尧;庞清江;张前法;郑兴国;陈小牛;;初次人工全踝关节置换术[A];浙江省中西医结合学会骨伤科专业委员会第十一次学术年会暨省级继续教育学习班论文汇编[C];2005年

6 黄涛;毛宾尧;;创伤性踝关节炎人工踝关节置换术及并发症的防治[A];2006年浙江省骨科学术会议暨浙江省脊柱脊髓学术会议论文汇编[C];2006年

7 毛宾尧;;人工踝关节置换手术技巧和并发症预防[A];浙江省中西医结合学会骨伤科专业委员会第十四次学术年会暨省级继续教育学习班论文汇编[C];2008年

8 黄涛;毛宾尧;庞清江;张前法;郑兴国;陈小牛;;初次人工全踝关节置换术[A];2006年浙江省骨科学术会议暨浙江省脊柱脊髓学术会议论文汇编[C];2006年

9 王东海;冯晋斌;胡霞;白东海;吴学斌;程皓;李明;;316例踝关节三度烧伤痂与保痂疗法分析[A];中华医学会第六届全国烧伤外科学术会议论文汇编[C];2001年

10 陈临炜;;无骨折的踝关节全脱位3例报导[A];浙江省中西医结合学会骨伤科专业委员会第十四次学术年会暨省级继续教育学习班论文汇编[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 健康时报特约记者 张梅珍;什么原因引起踝关节疼痛?[N];健康时报;2005年

2 本报记者;我省首例踝关节植换术成功实施[N];山西日报;2009年

3 本报记者 陈铮;人工踝关节置换未来将替代传统融合治疗[N];中国医药报;2008年

4 主任医师 李俊;扭伤后怎样能好得快一些[N];卫生与生活报;2009年

5 贺绍文 杨东艳;综合贴药法治疗踝关节痛[N];家庭医生报;2007年

6 北京军区总医院针灸科主治医师 蒋金鹏;如何防治习惯性崴脚[N];解放军报;2009年

7 山东省泰安市新泰一中 王举虎邋山东省汶上县郭楼镇中学 尹诒顺;改善踝关节力量提高跳高成绩[N];中国体育报;2008年

8 白文;踝关节损伤后尽早冷敷[N];大众卫生报;2005年

9 袁盖国 马正林;膝踝关节型过敏性紫癜1例报告[N];农村医药报(汉);2005年

10 本报记者 张耀光;郑洁李娜为何被迫休战[N];中国体育报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 江先志;双向对拉气动肌肉驱动关节的伺服控制及其在康复机器人中的应用[D];华中科技大学;2011年

2 钱菁华;功能性踝关节不稳的神经肌肉控制机制及PNF干预效果研究[D];北京体育大学;2011年

3 丁晶;踝关节外侧韧带和距下关节韧带修复重建的解剖、生物力学及影像学研究[D];第一军医大学;2001年

4 江先志;驱动关节在康复机器人中的应用[D];华中科技大学;2011年

5 朱笑丛;气动肌肉并联关节高精度位姿控制研究[D];浙江大学;2007年

6 李擎;乒乓球运动员平衡训练效果的研究[D];上海体育学院;2009年

7 冯治国;步行康复训练助行腿机器人系统[D];上海大学;2009年

8 井兰香;超等长训练对下肢生物力学特征影响的研究[D];上海体育学院;2009年

9 张伯锋;自主研制多功能外固定器的临床扩展应用及相应生物力学研究[D];河北医科大学;2006年

10 张明彦;踝关节三维有限元模型的建立及三角韧带损伤和重建的踝关节生物力学有限元分析[D];中南大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 谢彬;气动肌肉驱动的踝关节康复训练装置设计及控制特性研究[D];广东工业大学;2012年

2 何秀珍;超声在踝关节侧副韧带损伤检查中的应用研究[D];广州中医药大学;2008年

3 陈文;踝关节融合时四种内固定的疗效比较[D];华中科技大学;2006年

4 李在坡;踝关节及其周围结构的断层解剖与MRI对照研究[D];南京医科大学;2004年

5 王伟;踝关节骨折的分型及治疗进展[D];河北医科大学;2009年

6 罗彪;下胫腓联合损伤的数字化X线诊断研究[D];南方医科大学;2009年

7 刘勇;腓骨短缩对胫距关节生物力学接触特性的影响[D];河北医科大学;2005年

8 周玉庆;篮球专修学生踝关节运动损伤流行病学调查及致因研究[D];武汉体育学院;2008年

9 高福存;1/3管型钢板及空心螺钉治疗踝部B、C型骨折临床疗效分析[D];昆明医学院;2009年

10 祝晓忠;踝三角韧带的解剖学与影像学研究及其临床应用[D];同济大学;2006年



本文编号:1964276

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/1964276.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户febff***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com