本文密切結(jié)合下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)需求,在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下,提出一種利用主要?jiǎng)恿∪庥?xùn)練替代步態(tài)模擬的康復(fù)訓(xùn)練方法,并基于生物力學(xué)仿真,系統(tǒng)研究了一種足底驅(qū)動(dòng)3自由度下肢康復(fù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的康復(fù)軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、控制及運(yùn)動(dòng)仿真分析等內(nèi)容。論文取得如下成果:(1)基于人體下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)仿真分析和步行主要?jiǎng)恿∪獾幕居?xùn)練形式及功能研究,確定了步行中的主要?jiǎng)恿∪?進(jìn)而提出一種利用主要?jiǎng)恿∪庥?xùn)練替代步態(tài)模擬的康復(fù)訓(xùn)練方法,降低了下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,并確定了足底驅(qū)動(dòng)式下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的自由度類(lèi)型、數(shù)目及運(yùn)動(dòng)范圍。(2)基于拋物線型過(guò)渡域線性軌跡,分別開(kāi)展動(dòng)平臺(tái)3個(gè)自由度的軌跡規(guī)劃研究,結(jié)合人體解剖學(xué)和生物力學(xué)仿真試驗(yàn),對(duì)不同自由度的運(yùn)動(dòng)組合形式進(jìn)行篩選,確定了替代人體步行軌跡的復(fù)合康復(fù)軌跡;在此基礎(chǔ)上,提出康復(fù)訓(xùn)練評(píng)價(jià)指標(biāo),驗(yàn)證了步行主要?jiǎng)恿∪獾募×突钚詽M(mǎn)足康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度要求。(3)根據(jù)復(fù)合康復(fù)軌跡和下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,提出了一種冗余柔性驅(qū)動(dòng)兩轉(zhuǎn)一平下肢康復(fù)并聯(lián)機(jī)構(gòu),結(jié)合設(shè)計(jì)的復(fù)合康復(fù)軌跡,完成了機(jī)構(gòu)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值仿真分析,為后續(xù)的虛擬樣機(jī)仿真奠定了基礎(chǔ);在此基礎(chǔ)上,提出控制... 

【文章來(lái)源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

跑步機(jī)式下肢康復(fù)機(jī)器人((a)Lokomat;(b)AutoAmbulator;(c)LOPESFigure1-1Exoskeletonrehabilitationrobotforlowerlimbs:(a)

可實(shí)現(xiàn)患者的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。由浙江大學(xué)研制的外骨骼下肢康復(fù)機(jī)器人[29]如圖1-2(c) 所示，機(jī)器人采用氣動(dòng)肌肉模擬人體下肢主要肌群的運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。通過(guò)上述分析可知，外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器一般布置在髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處，通過(guò)驅(qū)動(dòng)患者下肢模擬人體正常步行運(yùn)動(dòng)。通常，外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人需要患者具有一定的下肢運(yùn)動(dòng)能力，在使用時(shí)需要根據(jù)不同患者的體態(tài)特征調(diào)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)尺寸，穿戴較為繁瑣。此外，由于采用了跑步機(jī)，使得康復(fù)訓(xùn)練被局限于單一平面內(nèi)，跑步機(jī)與外骨骼運(yùn)動(dòng)不同步時(shí)有可能造成人體關(guān)節(jié)反張，導(dǎo)致二次傷害。(2) 足底平臺(tái)式下肢康復(fù)機(jī)器人(a)圖 1-2 外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人 (a)ALEX III；(b) 上海大學(xué)外骨骼；(c) 浙江大學(xué)外骨骼Figure 1-2 Exoskeleton rehabilitation robot for lower limbs: (a) ALEX III; (b) ShanghaiUniversity’s exoskeleton and (c) Zhejian

圖 1-3(a) 所示為德國(guó)自由大學(xué)研制的下肢康復(fù)機(jī)器人 MGT (MechanizedGait Trainer)[31-34]。該機(jī)器人采用單自由度雙曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)踏板運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)人體下肢模擬往復(fù)步態(tài)的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。新型六自由度下肢康復(fù)機(jī)器人 Hapticwalker[35-38]，如圖 1-3(b) 所示，該機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)矢狀面內(nèi)多種軌跡和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)逼真的步行環(huán)境模擬，提高了康復(fù)療效。為避免康復(fù)機(jī)器人急停對(duì)患者造成二次傷害，系統(tǒng)還設(shè)置了冗余的硬件和軟件急�；芈穂38]。G-EO system 下肢康復(fù)機(jī)器人[39-41]由意大利 Reha-Technology 公司研制，如圖 1-3(c) 所示。該機(jī)器人的踏板運(yùn)動(dòng)軌跡可通過(guò)編程修改，從而調(diào)整步長(zhǎng)和步速，并可以模擬上/下樓梯的下肢運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具有主動(dòng)、被動(dòng)兩種訓(xùn)練模式。德國(guó) WOODWAY 公司研制的小型下肢康復(fù)機(jī)器人LokoHelp[42]如圖 1-4(a) 所示。該機(jī)器人通過(guò)跑步機(jī)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)步態(tài)矯正器協(xié)同運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)足、膝、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而完成下肢的康復(fù)訓(xùn)練[43]，具有驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單、體積較小等優(yōu)點(diǎn)。哈爾濱工程大學(xué)圍繞足底驅(qū)動(dòng)式下肢康復(fù)機(jī)器人開(kāi)展了大量的研究工作，研制的考慮跖趾關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的下肢康復(fù)機(jī)器人如圖 1-4(b) 所示。該機(jī)器人包含腳踏

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于高速開(kāi)關(guān)閥的氣動(dòng)人工肌肉軌跡跟蹤控制仿真[J]. 謝勝龍,劉海濤,梅江平,王攀峰.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2017(01)
[2]單自由度可調(diào)下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 項(xiàng)忠霞,邵一鑫,李力力.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2017(08)
[3]基于Anybody的自行車(chē)騎行運(yùn)動(dòng)仿真與試驗(yàn)分析[J]. 高飛,項(xiàng)忠霞,趙明,李力力,胡志剛,張健.  機(jī)械設(shè)計(jì). 2016(01)
[4]氣動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力特性仿真與試驗(yàn)[J]. 沈文臣,胡宇輝,余天嘯,席軍強(qiáng),陳慧巖.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2016(02)
[5]一種外骨骼式康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練效果仿真[J]. 項(xiàng)忠霞,趙明,高飛,金騰,胡志剛,張健.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2016(07)
[6]基于AnyBody的髖關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練肌肉力的分析[J]. 單麗君,胡忠安.  大連交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(01)
[7]一種新型6自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制研究[J]. 施昕昕,常思勤.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(03)
[8]基于AnyBody的汽車(chē)駕駛中人體腿部逆向動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 丁晨,王君澤,高瞻.  中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2013(01)
[9]Synchronous tracking control of 6-DOF hydraulic parallel manipulator using cascade control method[J]. 皮陽(yáng)軍,王宣銀,顧曦.  Journal of Central South University of Technology. 2011(05)
[10]臨床護(hù)理路徑在腦卒中患者肢體康復(fù)中的應(yīng)用研究[J]. 鄭舟軍,戎燕,張麗平,龔戩芳,劉文琴,郁迪.  浙江中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(03)

博士論文
[1]臥式下肢康復(fù)機(jī)器人研究[D]. 孫洪穎.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[2]康復(fù)機(jī)器人樣機(jī)研制及步態(tài)控制研究[D]. 王令軍.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[3]步行康復(fù)訓(xùn)練助行腿機(jī)器人系統(tǒng)[D]. 馮治國(guó).上海大學(xué) 2009
[4]下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張曉超.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[5]人體下肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)的生物力學(xué)行為研究[D]. 姜海波.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于AnyBody生物力學(xué)仿真的駕駛姿勢(shì)舒適機(jī)理研究[D]. 華猛.吉林大學(xué) 2015
[2]基于AnyBody的汽車(chē)駕駛員坐姿生物力學(xué)特性分析及舒適性設(shè)計(jì)[D]. 李文昊.山東大學(xué) 2015
[3]下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究[D]. 張冰.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 2015
[4]下肢康復(fù)機(jī)器人的分析與研究[D]. 劉林.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2015
[5]下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的宜人性研究[D]. 周曉晨.河北工業(yè)大學(xué) 2015
[6]新型繩驅(qū)動(dòng)并聯(lián)踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析[D]. 禹潤(rùn)田.北京交通大學(xué) 2015
[7]基于高速開(kāi)關(guān)閥的氣動(dòng)高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王曉龍.浙江大學(xué) 2013
[8]運(yùn)動(dòng)型自行車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)方法研究[D]. 李亞南.天津大學(xué) 2012
[9]肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[D]. 蔡峰.大連交通大學(xué) 2012
[10]基于人機(jī)工程學(xué)的自行車(chē)設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用[D]. 吳小凡.天津大學(xué) 2008



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