下肢康復(fù)機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。本文在詳細調(diào)查研究下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的基礎(chǔ)上,綜合各種機器人特點,提出融合坐、立、行三態(tài)輔助機器人的設(shè)計思路,研究并完成了該截癱助行機器人的系統(tǒng)設(shè)計,同時研究了用于助行機器人控制策略的基于足底壓力步態(tài)相位識別等內(nèi)容。論文取得的研究成果如下:1.在分析國內(nèi)外各種下肢康復(fù)機器人特點的基礎(chǔ)上,進行人體運動特性研究。根據(jù)人體行走過程,劃分了步態(tài)周期,為后面步態(tài)相位識別奠定基礎(chǔ);通過分析人體站立過程來分析人體運動空間,從而進行機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計;結(jié)合人機工程學(xué),依據(jù)要設(shè)計的截癱助行機器人要滿足的功能要求進行主要尺寸參數(shù)的計算。2.面向截癱患者站立行走的需求,提出融合坐、立、行三態(tài)輔助機器人的設(shè)計的思路,依據(jù)前述人機工程學(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)計和運動學(xué)分析,設(shè)計移動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)動的結(jié)構(gòu)設(shè)計。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)換六桿機構(gòu)設(shè)計,該設(shè)計為雙曲柄滑塊機構(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

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【學(xué)位級別】：碩士

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

第一章緒論6節(jié)則通過跑步機的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)被動驅(qū)動。并且可以根據(jù)患者的主被動方式調(diào)節(jié)不同的控制方式實現(xiàn)三種訓(xùn)練模式，同時可以根據(jù)貼合在人體表面的肌電信號對康復(fù)水平進行評估，方便醫(yī)生和患者及時評估其恢復(fù)情況。圖1-9浙江大學(xué)外骨骼康復(fù)機器人圖1-10清華大學(xué)助行外骨骼機器人Figure1-9ZhejiangUniversity’sexoskeletonFigure1-10QinghauUniversity’sexoskeleton清華大學(xué)的張濟川課題組也研制了一套助行外骨骼機器人[30]，已經(jīng)研制一臺可以應(yīng)用于臨床的試驗用的機器人。如圖1-10所示。該外骨骼每條機械腿只用一個微電機來驅(qū)動，通過微電機帶動連桿機構(gòu)從而實現(xiàn)髖膝關(guān)節(jié)的聯(lián)動。同側(cè)的髖膝關(guān)節(jié)共用一個曲柄，這樣可以實現(xiàn)雙關(guān)節(jié)聯(lián)動的效果。該助行外骨骼機器人可以作為下肢運動功能障礙者的康復(fù)設(shè)備，可以在步行機構(gòu)驅(qū)動下獨立行走。如圖1-11所示為哈爾濱工程大學(xué)研制的下肢康復(fù)機器人，該機器人是采用的足底驅(qū)動的方式，采用曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)足底的運動，用直流伺服電機驅(qū)動曲柄從而帶動患者足部運動，通過模擬正常人步行時踝關(guān)節(jié)的姿態(tài)變化產(chǎn)生與正常人步態(tài)相近的運動軌跡，來實現(xiàn)輔助患者下肢運動的功能，從而達到康復(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，也可以遠程控制。上海大學(xué)研制的一款康復(fù)機器人系統(tǒng)如圖1-12所示，根據(jù)Lokomat下肢康復(fù)機器人的設(shè)計理念進行設(shè)計，同樣采用外骨骼加跑步機的形式，兩者組合在一起完成輔助行走訓(xùn)練功能。根據(jù)機器人上傳感器的信息反饋，通過計算力矩，采用徑向基函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制的方法實現(xiàn)了機器的主動控制模式，也可以反映下肢運動狀態(tài)，能夠?qū)崟r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)機器人圖1-12上海大學(xué)外骨骼機器人Figure1-11HarbinEngineeringUniversity’srobotFigure1-12ShanghaiUniversity’srobot基于足底壓力步態(tài)相位識別研究對于下肢康復(fù)機器人系統(tǒng)，主要包括機械結(jié)構(gòu)和控制算法兩部分，機械結(jié)構(gòu)前面對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀已經(jīng)做了詳細的介紹，而在下肢康復(fù)機器人控制策略設(shè)計中，用戶的意圖的識別至關(guān)重要，具體就是識別人體的行走意圖，也即為識別行走的步態(tài)階段。對于步態(tài)意圖識別，步態(tài)相位劃分是分析行走的一般方法。行走是一個步幅的周期性行為，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)階段信息可用于評估和確定人的行走模式。傳統(tǒng)上，這樣的信息被用作評定其它時空參數(shù)的定量數(shù)據(jù)（例如，跨距寬度，行走速度，節(jié)奏和步行對稱程度），可以作為康復(fù)診斷和評價行走步態(tài)。其次，步態(tài)相位分類結(jié)果用于幾種助行裝置，下肢外骨骼機器人和智能假體[33]等，用來幫助下肢運動功能障礙的人。步態(tài)相位信息對步行輔助設(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)機器人與用戶一起行走時，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】：
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本文編號：2980827