步行是一項貫穿人類日常生活的基本運動形式。盡管各式交通工具發(fā)展迅猛,但其依然無法超越步行在短距離、室內(nèi)以及非結(jié)構(gòu)性復雜場景下移動的優(yōu)勢。盡管步行運動易于掌握且高效,但是長時間的遠距離步行、相關(guān)肌骨系統(tǒng)衰退等原因會加重步行中的肌肉負荷,導致步行難度增加。傳統(tǒng)康復領(lǐng)域只針對發(fā)生病變的身體部位,在嚴格限定的環(huán)境和方法下進行康復訓練,并不能達到日常生活中的助行目標。為此,本文創(chuàng)新性地設計了一套輕便、高效、人機友好的踩足助行外骨骼系統(tǒng),以實現(xiàn)對于有一定行走能力的人提供步行跖屈力輔助,從而提高步行效率的目的。系統(tǒng)設計分為結(jié)構(gòu)、硬件和軟件三個部分。結(jié)構(gòu)設計參考平面四桿模型,建立了驅(qū)動器轉(zhuǎn)角與踝關(guān)節(jié)角度之間的運動學方程,并針對結(jié)構(gòu)設計中的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進行了優(yōu)化設計。硬件部分搭建了包括主控制器Arduino、五通道實時人體感知模塊以及驅(qū)動執(zhí)行裝置在內(nèi)的完整硬件體系。軟件部分實現(xiàn)了四路足底壓力傳感器信號和一路角度傳感器信號的實時傳輸與讀取,并基于人體感知信息實現(xiàn)了對電機的驅(qū)動控制,實現(xiàn)步態(tài)支撐末期的跖屈力輔助。依據(jù)設計思路進行了右側(cè)樣機制作,并設計了基于腓腸肌表面肌電信號的驗證實驗,以對裝置的性能進行評估... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｏｂｅｒ后頁式被動踩足外骨骼［７］??

圖１．２?ＤＡＣＳ?ＡＦＯ踝足矯形外骨骼［８］??曰本的國際醫(yī)療福利大學的研究人員開發(fā)了一款背屈輔助踝足矯形外骨骼??ＤＡＣＳＡＦ？，用來防止偏癱患者的足下垂癥狀［８］，如圖１．２。這款踝足矯形外骨骼??重約３００ｇ，由兩片熱塑性塑料片連接而成，連接鉸鏈設置在踝關(guān)節(jié)的側(cè)面和后面。??在外骨骼腔體內(nèi)側(cè)小腿后方，嵌入了一個彈簧，可以提供背屈方向的助力，峰值??力矩可以達到１７Ｎ＿ｍ（每旋轉(zhuǎn)１０°）。當足跟著地時，彈簧抵抗壓縮以限制不必要??的跖屈運動，從而防止“足拍地”步態(tài)。支撐期，外骨骼的結(jié)構(gòu)起到了穩(wěn)定踩關(guān)??節(jié)的作用；而在擺動期，由于彈簧阻尼的作用，踩關(guān)節(jié)減少了跖屈運動，從而防??止了足下垂，更輕松地實現(xiàn)了足尖清地。??３??

預先將能量儲存起來，然后在需要驅(qū)動力的時候，采用適當?shù)尿?qū)動結(jié)構(gòu)??再將儲存的能量釋放出來。美囯伊利諾伊大學厄巴納－香檳分校的研究者就研制??了一款儲能型的踩足外骨骼［９］，見圖１．３。這款外骨骼的設計目標是：使支撐期的??踝關(guān)節(jié)能夠自由轉(zhuǎn)動，而在擺動期輔助完成足尖清地。支撐期，內(nèi)置于鞋底的氣??泵隨著體重施加壓力而壓縮氣體，這些氣體在擺動期觸發(fā)一個鎖定裝置，這個裝??置可以防止足下垂步態(tài)。而在下一個足跟著地時刻，后跟處的閥門打開，釋放出??氣體，踝關(guān)節(jié)的鎖定裝置被解鎖，在支撐期實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動。???１?Ｆｉｗｏｄｅ?￣ｉ???ＩＣｃｍＢｉｔｏＭＢｄｒ］???心版?＿?ｅ，ｒａＭ?ｊ???ｄｅｍｃｎｌ??????＿?＿?—?＿?＿?—?ｒｏｔａｔｉｏｎ?ａｘｉｓ?ｘ？ｉｒ?ｂｕｆｆａｊ??———?—?—?——??ｒ＾ｎ?ｉ＾１１??＾?＾?＾?［?Ｌｅｉ?ｓｓ??（Ｈｅａｌ?Ｃｏｎｔａｃｔ）?（Ｆｏｏｔ?Ｆｌａｔ）?（Ｈｅｅｌ?Ｏｆｉ）?（Ｔｏｅ?Ｏｆｆ）?ｆ?；＃??圖１．４曰本大阪大學研制的無源氣動踝足外骨骼［ｉｅ］??４??

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3238221