老年人以及腦血管患者數(shù)量逐年增加引發(fā)了許多社會性問題,同時也吸引了眾多康復醫(yī)療領域科研人員的目光。通過開發(fā)康復機器人輔助患者完成康復訓練代替了傳統(tǒng)治療師輔助病患的單一重復訓練,不僅減少了康復治療師勞動強度,并大大增加了患者的康復的效率。通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn),目前世界上的許多國家已經(jīng)研發(fā)出了眾多醫(yī)療康復機器人,其特點各異但大多數(shù)的體型較大造價昂貴,不適用于家庭化的使用。因此本文設計了一種新型的行走運動仿生機器人,主要內(nèi)容如下:首先為了便于步態(tài)行走過程中的髖、足運動軌跡的分析,建立人體7肢段模型,借助該模型推導出雙側(cè)髖、膝、踝關節(jié)點位置矢量坐標計算公式。并進一步通過實驗的方法,獲取了下肢行走過程中的運動學數(shù)據(jù),配合中國人體尺寸標準通過放縮法獲得了標準尺寸下人體足底及髖關節(jié)點的在標準步態(tài)下的運動數(shù)據(jù),為接下來的足底動力學分析及輔助機械結構設計提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。在確定了結構足底踏板輔助配合胯下鞍座支持的輔助訓練方式后,分析完全被動訓練狀態(tài)下進行了人體動力學特征,并對人體7肢段模型進行簡化計算出完全被動訓練方式下一步態(tài)周期內(nèi)的足底壓力,為結構設計時的選型和安全性評估提供可靠數(shù)據(jù)。接著根據(jù)之前確定... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

GaitTrainer，HapticWalker和LokoHelp上述兩類下肢步態(tài)康復訓練的機器人，外骨骼類型的機器需要與跑步機結合使用

第1章緒論5圖1.2AutoAmbulator步行康復訓練機器人美國的前身為BerkeleyBionics的EKSO公司是主要研發(fā)機器外骨骼從而提高人體運動能力，和美國軍方有十多年的合作，從2012年開始，致力于開發(fā)如何幫助下肢癱瘓的病人。最開始，EksoBionics就與世界級研究院（如伯克利大學等）形成了伙伴關系，并從國防部獲得了相應的科研經(jīng)費同時獲得美國洛克希德馬丁公司的專利技術。EKSO公司在2014年上市（OTC），并在2012年就拿到FDA醫(yī)院的使用許可權，在2016年獲得了FDAforperson的認證。在產(chǎn)品線上，ESKO因為擁有美國國防部的背景，所以在軍事、民用、救援、醫(yī)療等多個領域進行了全方位的嘗試。這是一家集合了軍事、民用、救援、醫(yī)療等多領域的研發(fā)公司。ESKO現(xiàn)如今已經(jīng)開發(fā)了兩款用于醫(yī)療外機械骨骼，并于2012年上市[39]，其中的許多關鍵的部位采用了大量的鋁合金、鈦合金、碳纖維等金屬及非金屬符合材料，其搭載的系統(tǒng)還包括了高精度的感應器、微型驅(qū)動馬達、擬人關節(jié)，還有速度極快的中央處理器以及強大的軟件系統(tǒng)。還提供了3種模式可供用戶根據(jù)自身的情況和康復進度來進行相應的選擇，主要包括了FirstStep（康復治療師輔助進行模式）、ActiveStep（使用者自主控制模式）和ProStep（自動感應使用者的身體動作觸發(fā)每一步運動模式）。另外，它還可以統(tǒng)計出相關數(shù)據(jù)并上傳，方便輔助醫(yī)療人員進行分析。MolteniF等[40]通過23名腦卒中患者穿戴ESKOTM在地面上進行12次步態(tài)訓練，證實了ESKOTM外骨骼對于改善亞急性和慢性中

吉林大學碩士學位論文6風患者具有明顯的改善作用。圖1.3EKSO外骨骼機器人產(chǎn)品在2009年，日本的筑波大學研發(fā)了一款用于幫助無法獨自站立行走的截癱患者并完成起立行走等動作的可穿戴式機器人“HAL-5”[41]。在患者站起時，機器人系統(tǒng)可承擔使用者的體重，同時，該系統(tǒng)還配備了患者站起時用于維持其相應姿勢穩(wěn)定性的能力。另外，該系統(tǒng)具有從上身肢體姿態(tài)判斷患者的起立意圖的功能，在這種情況下，使用者只需要完成一個起立的預備姿勢，機器人系統(tǒng)就可以自動的幫助患者完成整個站起動作，如圖1.4所示。針對“HAL-5”可穿戴式機器人系統(tǒng)，開發(fā)人員同時還研發(fā)了一種基于有限元分析計算的工作姿態(tài)控制[42]，既可穿戴外骨骼機器人自行引導支撐患者達到合適的位置姿勢。通過這種控制策略，外骨骼通過比例肌電控制的方法完成了對下肢兩對髖關節(jié)與膝關節(jié)夾角的控制進而減輕了使用者腰部所承受的壓力。圖1.4筑波大學HAL-5機器人系統(tǒng)


本文編號：3102645