下肢康復(fù)機(jī)器人在幫助截癱患者康復(fù)訓(xùn)練過程中起到重要作用,極大緩解了傳統(tǒng)人工輔助康復(fù)訓(xùn)練中理療師任務(wù)繁重效率低的問題。本文在詳細(xì)調(diào)查研究下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的基礎(chǔ)上,綜合各種機(jī)器人特點(diǎn),提出融合坐、立、行三態(tài)輔助機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路,研究并完成了該截癱助行機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì),同時(shí)研究了用于助行機(jī)器人控制策略的基于足底壓力步態(tài)相位識(shí)別等內(nèi)容。論文取得的研究成果如下:1.在分析國(guó)內(nèi)外各種下肢康復(fù)機(jī)器人特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)特性研究。根據(jù)人體行走過程,劃分了步態(tài)周期,為后面步態(tài)相位識(shí)別奠定基礎(chǔ);通過分析人體站立過程來分析人體運(yùn)動(dòng)空間,從而進(jìn)行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);結(jié)合人機(jī)工程學(xué),依據(jù)要設(shè)計(jì)的截癱助行機(jī)器人要滿足的功能要求進(jìn)行主要尺寸參數(shù)的計(jì)算。2.面向截癱患者站立行走的需求,提出融合坐、立、行三態(tài)輔助機(jī)器人的設(shè)計(jì)的思路,依據(jù)前述人機(jī)工程學(xué)參數(shù)完成輔助行走功能三自由度外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,設(shè)計(jì)移動(dòng)升降裝置完成人體的站立功能,包括豎直方向外骨骼欠驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了滿足在人體坐立過程中坐板的收放功能,在深入研究四桿機(jī)構(gòu)的研究上,基于優(yōu)化綜合解法完成了坐、立姿態(tài)轉(zhuǎn)換六桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)為雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu),... 

【文章來源】：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

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

浙江大學(xué)外骨骼康復(fù)機(jī)器人Figure1-9ZhejiangUniversity’sexoskeleton

第一章緒論6節(jié)則通過跑步機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)驅(qū)動(dòng)。并且可以根據(jù)患者的主被動(dòng)方式調(diào)節(jié)不同的控制方式實(shí)現(xiàn)三種訓(xùn)練模式，同時(shí)可以根據(jù)貼合在人體表面的肌電信號(hào)對(duì)康復(fù)水平進(jìn)行評(píng)估，方便醫(yī)生和患者及時(shí)評(píng)估其恢復(fù)情況。圖1-9浙江大學(xué)外骨骼康復(fù)機(jī)器人圖1-10清華大學(xué)助行外骨骼機(jī)器人Figure1-9ZhejiangUniversity’sexoskeletonFigure1-10QinghauUniversity’sexoskeleton清華大學(xué)的張濟(jì)川課題組也研制了一套助行外骨骼機(jī)器人[30]，已經(jīng)研制一臺(tái)可以應(yīng)用于臨床的試驗(yàn)用的機(jī)器人。如圖1-10所示。該外骨骼每條機(jī)械腿只用一個(gè)微電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，通過微電機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)髖膝關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)。同側(cè)的髖膝關(guān)節(jié)共用一個(gè)曲柄，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)的效果。該助行外骨骼機(jī)器人可以作為下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙者的康復(fù)設(shè)備，可以在步行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下獨(dú)立行走。如圖1-11所示為哈爾濱工程大學(xué)研制的下肢康復(fù)機(jī)器人，該機(jī)器人是采用的足底驅(qū)動(dòng)的方式，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)足底的運(yùn)動(dòng)，用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄從而帶動(dòng)患者足部運(yùn)動(dòng)，通過模擬正常人步行時(shí)踝關(guān)節(jié)的姿態(tài)變化產(chǎn)生與正常人步態(tài)相近的運(yùn)動(dòng)軌跡，來實(shí)現(xiàn)輔助患者下肢運(yùn)動(dòng)的功能，從而達(dá)到康復(fù)效果。腳踏板中心位于連桿上且角度可調(diào)，可以調(diào)整步速和步幅，也可以遠(yuǎn)程控制。上海大學(xué)研制的一款康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)如圖1-12所示，根據(jù)Lokomat下肢康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，同樣采用外骨骼加跑步機(jī)的形式，兩者組合在一起完成輔助行走訓(xùn)練功能。根據(jù)機(jī)器人上傳感器的信息反饋，通過計(jì)算力矩，采用徑向基函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制的方法實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的主動(dòng)控制模式，也可以反映下肢運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)掌握患肢的康復(fù)情況[32]。

第一章緒論7圖1-11哈爾濱工程大學(xué)下肢康復(fù)機(jī)器人圖1-12上海大學(xué)外骨骼機(jī)器人Figure1-11HarbinEngineeringUniversity’srobotFigure1-12ShanghaiUniversity’srobot基于足底壓力步態(tài)相位識(shí)別研究對(duì)于下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制算法兩部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)前面對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，而在下肢康復(fù)機(jī)器人控制策略設(shè)計(jì)中，用戶的意圖的識(shí)別至關(guān)重要，具體就是識(shí)別人體的行走意圖，也即為識(shí)別行走的步態(tài)階段。對(duì)于步態(tài)意圖識(shí)別，步態(tài)相位劃分是分析行走的一般方法。行走是一個(gè)步幅的周期性行為，從一條腿的腳后跟接觸地面到同一條腿的下一次腳跟撞擊地面。步態(tài)相分類信息有很多應(yīng)用。根據(jù)信息的使用方式和位置，有兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。首先，如上所述，步態(tài)階段信息可用于評(píng)估和確定人的行走模式。傳統(tǒng)上，這樣的信息被用作評(píng)定其它時(shí)空參數(shù)的定量數(shù)據(jù)（例如，跨距寬度，行走速度，節(jié)奏和步行對(duì)稱程度），可以作為康復(fù)診斷和評(píng)價(jià)行走步態(tài)。其次，步態(tài)相位分類結(jié)果用于幾種助行裝置，下肢外骨骼機(jī)器人和智能假體[33]等，用來幫助下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的人。步態(tài)相位信息對(duì)步行輔助設(shè)備尤為重要。FES裝置利用這些信息使脊髓損傷患者通過下肢肌肉的直接電子刺激行走。下肢外骨骼機(jī)器人用于幫助行走障礙的人并提高健康受試者的表現(xiàn)。當(dāng)機(jī)器人與用戶一起行走時(shí)，控制模型根據(jù)關(guān)于一只腳或兩只腳是否與地面接觸的信息而改變。因此，步態(tài)相位信息是必要的控制輸入。同樣，在智能下肢假肢中，必須改變?nèi)斯はリP(guān)節(jié)的阻尼系數(shù)以模擬人體的阻尼系數(shù)，以減少能量消耗并使下肢截肢者能夠穩(wěn)定地行走。步態(tài)信息是這種情況下的重要組成部分。要在上述情況下使用，步態(tài)相位信息必須正確分類。步態(tài)相位分類的問題可

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于多信息融合的下肢外骨骼機(jī)器人感知系統(tǒng)研究[J]. 黃梓亮,方晨昊,歐陽小平,楊金江,楊華勇.  工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]人口老齡化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平:國(guó)際比較及其啟示[J]. 景韶東.  現(xiàn)代商業(yè). 2018(04)
[3]GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在下肢運(yùn)動(dòng)步態(tài)識(shí)別中的應(yīng)用研究[J]. 馬玉良,馬云鵬,張啟忠,羅志增,楊家強(qiáng).  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(09)
[4]下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人研究進(jìn)展[J]. 張嬌嬌,胡秀枋,徐秀林.  中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐. 2012(08)
[5]下肢步態(tài)康復(fù)機(jī)器人:研究進(jìn)展及臨床應(yīng)用[J]. 丁敏,李建民,吳慶文,沈海濤.  中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù). 2010(35)
[6]減重步行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人研究進(jìn)展[J]. 程方,王人成,賈曉紅,張濟(jì)川.  中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志. 2008(04)
[7]正常青年人行走步態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 劉德俊,酈鳴陽,沈力行.  上海理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(01)
[8]一種新型三自由度下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人步態(tài)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及仿真[J]. 張曉超,張立勛,顏慶.  自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用. 2005(03)
[9]腦卒中康復(fù)研究新進(jìn)展[J]. 周維金,王玉琴,崔利華.  中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志. 2002(02)

博士論文
[1]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
[2]基于柔性外骨骼人機(jī)智能系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 張佳帆.浙江大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于人體生理參數(shù)的下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與仿真分析[D]. 李力力.天津大學(xué) 2018
[2]下肢外骨骼行走康復(fù)機(jī)器人研究[D]. 饒玲軍.上海交通大學(xué) 2012
[3]老年人輔助站立座椅設(shè)計(jì)研究[D]. 王建光.浙江大學(xué) 2008



本文編號(hào)：2980827