發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 19:31

　　 本課題受國(guó)家自然科學(xué)基金《“一源多驅(qū)”式外骨骼剛?cè)崧?lián)動(dòng)控制方法研究》(編號(hào):91748110)的資助,同時(shí)與華山醫(yī)院聯(lián)合開(kāi)展了有關(guān)康復(fù)型下肢外骨骼結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。為了幫助下肢肌肉萎縮病人完成康復(fù)訓(xùn)練,本文研究人體各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和人體步態(tài),對(duì)康復(fù)型外骨骼驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)等方面進(jìn)行了對(duì)比分析,提出一種改進(jìn)優(yōu)化方案。在這個(gè)方案中考慮了安全性和舒適性,研制了一套康復(fù)型下肢外骨骼。研究中將人體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化并建立D-H模型,對(duì)其進(jìn)行正向和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角與位姿之間的關(guān)系;對(duì)行走過(guò)程中的單腿支撐和雙腿支撐的情況建立了相應(yīng)的七桿模型,并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,得到了各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。通過(guò)Adams軟件對(duì)簡(jiǎn)化后的康復(fù)型下肢外骨骼模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析,得到康復(fù)型下肢外骨骼在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線、轉(zhuǎn)矩以及執(zhí)行器機(jī)架的受力情況。將得到的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩與計(jì)算得到的極限轉(zhuǎn)矩相比較,驗(yàn)證了仿真的準(zhǔn)確性。通過(guò)ANSYS仿真軟件對(duì)康復(fù)型下肢外骨骼的各模塊的重量占比大的零件進(jìn)行靜力學(xué)分析,驗(yàn)證外骨骼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度,并優(yōu)化應(yīng)力過(guò)大的零件。更換材料后再用拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)這些零件進(jìn)行輕量化研究,將外骨骼的整體質(zhì)量降下來(lái),使之更加的輕便,實(shí)用。試驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化改進(jìn)后的康復(fù)型下肢外骨骼具有更加合理的結(jié)構(gòu),優(yōu)化后整機(jī)重量較優(yōu)化前下降8.4%,主要模塊的重量有明顯輕量化趨勢(shì),改進(jìn)優(yōu)化方案實(shí)用可行。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH789
【部分圖文】：

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ＥＴＨ）與Ｂａｌｇｒｉｓｔ醫(yī)學(xué)康復(fù)中心聯(lián)合研制的康復(fù)外骨骼??ＬＯＫＯＭＡＴ［７］是目前世界上康復(fù)外骨骼產(chǎn)品中機(jī)械結(jié)構(gòu)巧妙、功能完備、外觀精致的康??復(fù)下肢外骨骼之一（如圖１．３所示）。它的主要作用是協(xié)助那些下肢受到過(guò)創(chuàng)傷和行動(dòng)不??便的病人進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。ＬＯＫＯＭＡＴ具有被動(dòng)訓(xùn)練以及主動(dòng)訓(xùn)練兩種模式，控制策??略主要是建立在外骨骼康復(fù)訓(xùn)練和人機(jī)耦合的基礎(chǔ)上被動(dòng)訓(xùn)練模式下，用綁縛裝置??將康復(fù)型外骨骼與患者下肢綁縛在一起，并且控制電機(jī)按照預(yù)設(shè)曲線運(yùn)動(dòng)，這樣就可以??實(shí)現(xiàn)穿戴者與外骨骼按照預(yù)設(shè)的步態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的要求，這種模式主??要針對(duì)下肢基本喪失自主運(yùn)動(dòng)能力的患者。主動(dòng)訓(xùn)練模式下，穿戴者與外骨骼綁縛在一??起，穿戴者只要有輕微的運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生很小的作用力，康復(fù)外骨骼就會(huì)實(shí)時(shí)地隨動(dòng)，隨??著穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖完成行走，從而達(dá)到助力的目的。ＬＯＫＯＭＡＴ康復(fù)機(jī)器人的主體是??兩個(gè)附接到患者下肢兩側(cè)的康復(fù)型下肢外骨骼矯形器

ｉ??＃?＾??圖１．２西江大學(xué)的智能步行輔助機(jī)器人??Ｆｉｇ．?１．２?Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?Ｗａｌｋｉｎｇ?Ａｓｓｉｓｔａｎｔ?Ｒｏｂｏｔ?ｏｆ?Ｘｉｊｉａｎｇ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ??（３）瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ＥＴＨ）的ＬＯＫＯＭＡＴ??瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ＥＴＨ）與Ｂａｌｇｒｉｓｔ醫(yī)學(xué)康復(fù)中心聯(lián)合研制的康復(fù)外骨骼??ＬＯＫＯＭＡＴ［７］是目前世界上康復(fù)外骨骼產(chǎn)品中機(jī)械結(jié)構(gòu)巧妙、功能完備、外觀精致的康??復(fù)下肢外骨骼之一（如圖１．３所示）。它的主要作用是協(xié)助那些下肢受到過(guò)創(chuàng)傷和行動(dòng)不??便的病人進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。ＬＯＫＯＭＡＴ具有被動(dòng)訓(xùn)練以及主動(dòng)訓(xùn)練兩種模式，控制策??略主要是建立在外骨骼康復(fù)訓(xùn)練和人機(jī)耦合的基礎(chǔ)上被動(dòng)訓(xùn)練模式下，用綁縛裝置??將康復(fù)型外骨骼與患者下肢綁縛在一起，并且控制電機(jī)按照預(yù)設(shè)曲線運(yùn)動(dòng)，這樣就可以??實(shí)現(xiàn)穿戴者與外骨骼按照預(yù)設(shè)的步態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的要求，這種模式主??要針對(duì)下肢基本喪失自主運(yùn)動(dòng)能力的患者。主動(dòng)訓(xùn)練模式下，穿戴者與外骨骼綁縛在一??起，穿戴者只要有輕微的運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生很小的作用力，康復(fù)外骨骼就會(huì)實(shí)時(shí)地隨動(dòng)，隨??著穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖完成行走，從而達(dá)到助力的目的。ＬＯＫＯＭＡＴ康復(fù)機(jī)器人的主體是??兩個(gè)附接到患者下肢兩側(cè)的康復(fù)型下肢外骨骼矯形器

圖１．４美國(guó)伯克利的外骨骼機(jī)器人ｅｌｅｇｓ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｂｅｒｋｅｌｅｙ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｒｏｂｏｔ??
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本文編號(hào)：2879635