發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 12:47

　　隨著當(dāng)今科技的快速發(fā)展,外骨骼機(jī)器人作為一種人機(jī)一體化的機(jī)械裝置,在生物醫(yī)學(xué)、軍事和民用領(lǐng)域都展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景,對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究就具有愈發(fā)重要的意義和價(jià)值。根據(jù)使用對(duì)象的不同可將外骨骼機(jī)器人分為三種類型:運(yùn)動(dòng)輔助型、步態(tài)康復(fù)型、負(fù)重增強(qiáng)型。其中運(yùn)動(dòng)輔助型主要針對(duì)的是下肢完全喪失了運(yùn)動(dòng)能力以及感知能力的癱瘓患者;步態(tài)康復(fù)型用于幫助運(yùn)動(dòng)障礙患者恢復(fù)肌肉力量和步態(tài)訓(xùn)練;負(fù)重增強(qiáng)型主要用于增強(qiáng)健康穿戴者的負(fù)重能力,也可減輕疲勞和損傷。本文研究并設(shè)計(jì)了一種新型用于輔助患者運(yùn)動(dòng)以及康復(fù)訓(xùn)練的可穿戴式助行機(jī)器人,主要涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),采用理論分析與仿真相結(jié)合的方法對(duì)其展開(kāi)了一定的研究。具體內(nèi)容如下:首先,對(duì)當(dāng)前助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),分析了現(xiàn)有助行機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)助行機(jī)器人的工作原理進(jìn)行了分析,針對(duì)現(xiàn)有的不足之處,提出了一種新型的串并混連助行機(jī)器人機(jī)構(gòu),并完成了機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì),該機(jī)構(gòu)可兼具串聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間大和并聯(lián)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn),各關(guān)節(jié)具體自由度配置如下:髖關(guān)節(jié)2個(gè)自由度（外展/內(nèi)收、前屈/后伸）,膝關(guān)節(jié)1個(gè)自由度（前屈/后伸）,踝關(guān)節(jié)3個(gè)自由... 

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

HALIHMC運(yùn)動(dòng)輔助外骨骼中[11]

圖 1.5 RewalkTM圖 1.6 ElegsABLE 助力裝置由下肢外骨骼、拐杖以及腳底支撐板組成，可以幫助患實(shí)現(xiàn)起立、站立、上樓的基本功能[15]，共有 3 個(gè)自由度，分別是髖關(guān)節(jié)與膝節(jié)的前屈與后伸，以及踝關(guān)節(jié)處的一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)跖屈與背屈，如圖 1.7 示。它們之間的協(xié)同使用要據(jù)情況而定。例如，在直線行走時(shí)，外骨骼關(guān)節(jié)的角度都是固定的，通過(guò)與下肢相連的腳底支撐板推動(dòng)穿戴者前進(jìn)；站姿轉(zhuǎn)時(shí)，外骨骼抬起穿戴者的腿，同時(shí)腳底支撐板旋轉(zhuǎn)；在起立、坐下，上樓和樓階段，外骨骼基于運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的的運(yùn)動(dòng)控制（使用拐杖）。腿部癱瘓的患者在穿戴該裝置的情況下完成了起立、沿直線穩(wěn)行走，驗(yàn)證了該裝置的可行性。G. Belforte 等研發(fā)的氣動(dòng)步態(tài)矯形器采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)和膝節(jié)前屈、后伸運(yùn)動(dòng)[16]。氣動(dòng)執(zhí)行器由電磁閥控制，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)前屈、后的速度是可以通過(guò)空氣流量調(diào)節(jié)器分別實(shí)現(xiàn)控制，每個(gè)關(guān)節(jié)閥的開(kāi)/關(guān)控制是過(guò)參考臨床步態(tài)數(shù)據(jù)所預(yù)設(shè)的。該裝置除了進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試外，健康的實(shí)驗(yàn)人與截癱患者也對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：該矯形器可以對(duì)兩種使用者都起

圖 1.7ABLE 圖 1.8 Vanderbilt（范德堡）LEE亞洲理工學(xué)院研發(fā)的下肢外骨骼的髖關(guān)節(jié)有 3 個(gè)自由度[17]，膝關(guān)節(jié)有 1 個(gè)度（前屈、后伸），踝關(guān)節(jié)有 2 個(gè)自由度（跖屈、背屈與內(nèi)翻、外翻），運(yùn)動(dòng)共由 12 個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行控制。該外骨骼的關(guān)節(jié)軌跡是基于其動(dòng)力學(xué)模線生成的，為了保證平衡，模型采用了零力矩點(diǎn)（ZMP）指標(biāo)。在使用中，時(shí)估計(jì) ZMP，并且為了補(bǔ)償由于干擾或不確定性影響造成的誤差，實(shí)時(shí) 和參考 ZMP 之間的差異會(huì)反饋到模糊邏輯控制器進(jìn)行處理，踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)及俯仰角度也會(huì)根據(jù)其處理結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。范德堡大學(xué)研發(fā)的下肢矯形器可幫助 SCI 患者實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的前后伸運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)處為消極自由度，下肢共 3 個(gè)自由度[18]�？蓪�(shí)現(xiàn)坐下、和前進(jìn)，其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡均是根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，并采用了系統(tǒng)。為了在站立階段使腳踝處于穩(wěn)定狀態(tài)，并避免在擺動(dòng)階段發(fā)生足下該矯形器在腳步使用了標(biāo)準(zhǔn)的 AFO(Ankle–foot orthosis)裝置。出于安全考膝關(guān)節(jié)裝有制動(dòng)器，以防突發(fā)的斷電情況。一位患有完全性脊髓損傷的截者在配合使用拐杖的情況下穿戴該矯形器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，他可以以 0.8km/h

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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