本文關(guān)鍵詞：基于外骨骼的可穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真　出處：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：康復(fù)機(jī)器人作為康復(fù)工程的產(chǎn)物,能夠通過(guò)機(jī)器引導(dǎo)肢體做各種指定的重復(fù)性康復(fù)訓(xùn)練,輔助患肢恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)機(jī)能,近年來(lái)其得到了迅速發(fā)展。但現(xiàn)有研究的重點(diǎn)多集中于腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),對(duì)腰部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少。本文針對(duì)現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不能模擬人體腰部運(yùn)動(dòng)的不足,以人機(jī)工程學(xué)為基礎(chǔ),對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)作一體化設(shè)計(jì),滿足下肢癱瘓患者康復(fù)訓(xùn)練完整性和舒適性的要求。首先,基于人體解剖學(xué)研究人體下肢骨骼及其骨連結(jié)的特點(diǎn),確定了下肢康復(fù)機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)處的自由度分配,并對(duì)人體下肢正常步態(tài)進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析,得出了人體下肢正常步行時(shí)腰部的運(yùn)動(dòng)曲線方程和腿部各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)曲線,為下肢康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論分析的基礎(chǔ)。針對(duì)下肢癱瘓患者不同康復(fù)階段訓(xùn)練內(nèi)容和要求不同的特點(diǎn)進(jìn)行了研究,根據(jù)不同康復(fù)階段患者不同程度的訓(xùn)練要求,建立了下肢康復(fù)機(jī)器人的單自由度、組合動(dòng)作和步行3種康復(fù)訓(xùn)練模式,將下肢康復(fù)機(jī)器人的康復(fù)訓(xùn)練功能滲透到整個(gè)康復(fù)治療過(guò)程中。在建立的下肢康復(fù)機(jī)器人3種康復(fù)訓(xùn)練模式基礎(chǔ)上,提出了下肢康復(fù)機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)作擬人化一體化設(shè)計(jì)方案,由腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)兩部分組成,具有一定的通用性,可以適用不同人群。根據(jù)設(shè)計(jì)的下肢康復(fù)機(jī)器人的方案,確定下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料為2A12硬鋁合金,采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,選擇24V鋰離子電源和光學(xué)式增量型旋轉(zhuǎn)編碼器、限位開關(guān)及拉線編碼器等傳感器。為了進(jìn)一步確定下肢康復(fù)機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)參數(shù),建立了腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型,應(yīng)用ADAMS軟件建立了下肢康復(fù)機(jī)器人腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī),進(jìn)行了系統(tǒng)分析。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)下肢康復(fù)機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)能夠擬合人體下肢步行時(shí)腰部的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),腿部機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)單自由度康復(fù)訓(xùn)練、多自由度組合動(dòng)作康復(fù)訓(xùn)練和步行康復(fù)訓(xùn)練。完成設(shè)計(jì)了包括腰部機(jī)構(gòu)和腿部機(jī)構(gòu)的下肢康復(fù)機(jī)器人,仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)可以擬合人體下肢運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)患者作康復(fù)訓(xùn)練,能夠滿足康復(fù)訓(xùn)練的目標(biāo)要求。
[Abstract]:Rehabilitation robot, as the product of rehabilitation engineering, can guide limbs to perform various kinds of specific repetitive rehabilitation training, and assist the affected limb to restore its motor function. In recent years, it has been developed rapidly. However, most of the existing research focuses on the design of leg mechanism, but the design of waist mechanism is relatively few. This paper aims at the simple structure of the existing rehabilitation robot waist mechanism. Based on ergonomics, the waist mechanism and leg mechanism of lower limb rehabilitation robot can not be simulated. To meet the lower limb paralysis patients rehabilitation training integrity and comfort requirements. First, based on human anatomy to study the characteristics of human lower limb bones and bone connections. The degree of freedom distribution between the waist mechanism and the leg joint of the lower limb rehabilitation robot is determined, and the normal gait of the lower extremity is measured and analyzed statistically. The equation of the waist motion curve and the motion curve of each joint of the leg are obtained when the human lower extremity is walking normally. For the lower limb rehabilitation robot structure design to provide a theoretical basis for the lower limb paralysis patients in different rehabilitation stages of training content and requirements for different characteristics of the study. According to different training requirements of patients in different rehabilitation stages, three kinds of rehabilitation training modes of lower limb rehabilitation robot, including single degree of freedom, combined movement and walking, were established. The rehabilitation training function of the lower extremity rehabilitation robot is permeated into the whole rehabilitation treatment process. On the basis of the three rehabilitation training modes of the lower extremity rehabilitation robot established. A humanoid integrated design scheme of waist mechanism and leg mechanism of lower limb rehabilitation robot is put forward, which is composed of waist mechanism and leg mechanism, and has certain generality. According to the design of the lower limb rehabilitation robot, the structure material of the lower limb rehabilitation robot system is determined as 2A12 hard aluminum alloy, and the servo motor drive mode is adopted. Select 24V lithium ion power supply, optical incremental rotary encoder, limit switch and pull wire encoder and other sensors. In order to further determine the lower limb rehabilitation robot waist mechanism and leg mechanism parameters. The motion model of waist mechanism and leg mechanism is established, and the virtual prototype of waist mechanism and leg mechanism of lower limb rehabilitation robot is established by using ADAMS software. The system analysis is carried out. The simulation results show that. The waist mechanism of the designed lower limb rehabilitation robot can fit the characteristics of the waist movement of the human lower extremity walking, and the leg mechanism can realize the single degree of freedom rehabilitation training. Multi-degree-of-freedom combined action rehabilitation training and walking rehabilitation training. The lower limb rehabilitation robot including waist mechanism and leg mechanism is designed. The simulation results show that the designed mechanism can fit the rehabilitation training of patients driven by human lower limb movement and can meet the requirements of rehabilitation training.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1356604