【摘要】：由于交通事故、心腦血管疾病、老齡化人口的增多等原因而造成的下肢損傷或癱瘓嚴(yán)重影響了患者的正常行走和生活質(zhì)量,恢復(fù)和提高下肢的運(yùn)動機(jī)能不僅需要手術(shù)和藥物治療,科學(xué)的、有針對性的康復(fù)訓(xùn)練是必不可少的。針對康復(fù)訓(xùn)練設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用場合靈活、重量輕便、價(jià)格低廉、穿戴舒適的下肢康復(fù)機(jī)器人。課題主要研究內(nèi)容如下:通過對人體在正常行走時(shí)步態(tài)理論的研究,設(shè)計(jì)了下肢步態(tài)訓(xùn)練裝置,其桿件長度設(shè)計(jì)為無級可調(diào)式,以供不同身高、不同體態(tài)的患者使用,用CREO對步態(tài)訓(xùn)練裝置進(jìn)行了三維機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。用笛卡爾坐標(biāo)系法對下肢步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)進(jìn)行了正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)分析,與其它運(yùn)動學(xué)分析方法相比,笛卡爾坐標(biāo)系法能得到機(jī)構(gòu)的全部位置解,不會出現(xiàn)奇異點(diǎn)。借助Simulink建立了正、逆運(yùn)動學(xué)仿真模塊圖,通過仿真可得到任意人體下肢尺寸的腿末端處腳心的軌跡曲線,同時(shí)可快速得到按任意預(yù)定步態(tài)軌跡訓(xùn)練時(shí)髖、膝、踝關(guān)節(jié)在一個(gè)運(yùn)動周期內(nèi)的曲、伸角度及角速度、角加速度的變化曲線,解決了復(fù)雜的計(jì)算問題,為機(jī)構(gòu)的仿真提供了新途徑。用拉格朗日法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)分析,得出髖、膝、踝關(guān)節(jié)的力矩表達(dá)式。用Sim Mechanics建立機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真模塊圖,由仿真迅速得到機(jī)器人髖、膝、踝關(guān)節(jié)的力矩曲線圖。對機(jī)器人的步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動空間和靈巧度分析。分別分析了身高和髖、膝、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動角度對運(yùn)動空間的影響。依據(jù)Jacobian矩陣的條件數(shù)指標(biāo),用MATLAB編程得到下肢步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)靈巧度的分布規(guī)律圖,可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
[Abstract]:As a result of traffic accidents, cardio-cerebrovascular diseases, aging population and other reasons caused by lower limb injury or paralysis seriously affected the patient's normal walking and quality of life. Recovery and improvement of lower extremity motor function not only need surgery and drug treatment, scientific, targeted rehabilitation training is essential. For rehabilitation training, a kind of lower limb rehabilitation robot is designed, which is simple in structure, flexible in use, light in weight, low in price and comfortable in wearing. The main contents of the research are as follows: through the study of gait theory of human body during normal walking, a gait training device of lower limb is designed. The length of the lower limb gait is designed to be stepless and adjustable for use by patients with different height and posture. The three-dimensional mechanical structure of gait training device is designed by CREO. The forward kinematics and inverse kinematics of lower limb gait training mechanism are analyzed by Cartesian coordinate system method. Compared with other kinematics analysis methods, Cartesian coordinate system method can obtain all position solutions of the mechanism without singularity. With the help of Simulink, the forward and inverse kinematics simulation module diagram is established. The trajectory curve of the foot center at the end of the leg of any human lower extremity can be obtained by simulation. Meanwhile, the hip and knee can be quickly obtained when training according to any predetermined gait trajectory. The curve of curvature, extension angle, angular velocity and angular acceleration of ankle joint in a motion cycle solves the complex calculation problem and provides a new way for the simulation of mechanism. The dynamic analysis of the mechanism is carried out by Lagrange method, and the expressions of the torque of the hip, knee and ankle joint are obtained. The dynamic simulation module diagram of the mechanism is established by Sim Mechanics, and the torque curves of the hip, knee and ankle joints of the robot are obtained quickly by the simulation. The movement space and dexterity of the gait training organization are analyzed. The effects of height and motion angle of hip, knee and ankle on motion space were analyzed. According to the condition number index of Jacobian matrix, the distribution pattern of dexterity of lower limb gait training institutions is obtained by MATLAB programming, which can be used as a reference for structural design.
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 王強(qiáng);刁燕;羅華;王漢飛;;基于MATLAB的五自由度護(hù)理機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析[J];機(jī)械制造;2016年04期

2 黃府;劉會議;;基于雅可比矩陣條件數(shù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J];機(jī)械;2012年12期

3 李劍;張秀峰;潘國新;;減重步行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)及其臨床應(yīng)用[J];醫(yī)用生物力學(xué);2012年06期

4 謝財(cái)忠;徐格林;劉新峰;;腦卒中后早期康復(fù)的研究進(jìn)展[J];中國康復(fù)理論與實(shí)踐;2009年10期

5 張立勛;趙豫玉;韓雪峰;;穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)仿真分析[J];應(yīng)用科技;2008年12期

6 李佳;廖漢元;孔建益;湯勃;;平面五桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)變換及選型[J];中國機(jī)械工程;2007年01期

7 錢競光;宋雅偉;葉強(qiáng);李勇強(qiáng);唐瀟;;步行動作的生物力學(xué)原理及其步態(tài)分析[J];南京體育學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年04期

8 張濟(jì)川,金德聞;新技術(shù)在康復(fù)工程中的應(yīng)用和展望[J];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2003年06期

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1 孟明;羅志增;;基于SimMechanics的步態(tài)動力學(xué)仿真分析[A];第七屆全國康復(fù)醫(yī)學(xué)工程與康復(fù)工程學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2010年

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1 劉靜民;中國成年人人體慣性參數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定[D];北京體育大學(xué);2004年

2 楊年峰;人體運(yùn)動協(xié)調(diào)規(guī)律及其參數(shù)化描述[D];清華大學(xué);2001年

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1 周海濤;下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 劉林;下肢康復(fù)機(jī)器人的分析與研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2015年

3 余澤坤;臥式下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

4 王強(qiáng);可穿戴下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)與研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 鄧楚慧;穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

6 張志成;外骨骼下肢助力機(jī)器人技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

7 吳希瑤;下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

8 趙豫玉;穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

9 董亦鳴;下肢康復(fù)醫(yī)療外骨骼訓(xùn)練控制系統(tǒng)研究與初步實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2008年

10 秦愛中;基于ZMP的雙足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

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本文編號：2349279