膝關(guān)節(jié)功能障礙患者常常伴有不同程度的股四頭肌肌力損傷,對(duì)患者的生活帶來很大的不便�，F(xiàn)有的下肢康復(fù)機(jī)器人均以關(guān)節(jié)活動(dòng)度為指標(biāo),忽略了肌肉力量的作用,并且限制了膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角,最終導(dǎo)致康復(fù)效果不佳。針對(duì)以上問題,本文設(shè)計(jì)了一款坐臥式股四頭肌康復(fù)機(jī)器人,并對(duì)股四頭肌的康復(fù)策略進(jìn)行了探討,最終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了肌肉康復(fù)的有效性。根據(jù)人體生理解剖學(xué)知識(shí),規(guī)劃出了康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍,保證患者在訓(xùn)練過程的安全性;基于偏置曲柄滑塊原理并結(jié)合股四頭肌的屈伸運(yùn)動(dòng)規(guī)律提出了不同位姿的康復(fù)機(jī)構(gòu);基于人機(jī)工程學(xué)知識(shí),給出了股四頭肌康復(fù)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案,其中包括整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)源選型和整體控制原理的設(shè)計(jì)方案�；陂]環(huán)矢量法建立了股四頭肌康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,利用Matlab和Adams軟件對(duì)康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析驗(yàn)證;然后通過牛頓歐拉法建立了股四頭肌康復(fù)機(jī)器人人機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,并完成了相關(guān)仿真分析�；谏锪W(xué)仿真軟件Anybody,通過編寫程序在軟件中對(duì)人體下肢蹲起運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析,分析結(jié)果表明下肢屈伸運(yùn)動(dòng)對(duì)股四頭肌的康復(fù)有著積極的作用,并進(jìn)一步提出了股四頭肌肌肉的康復(fù)策略。最后,搭... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人燕山大學(xué)針對(duì)下肢癱瘓的人群設(shè)計(jì)了一

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-(4)康復(fù)機(jī)器人的研究使用，緩解了醫(yī)患比例失調(diào)所帶來的社會(huì)壓力，讓更多的患者得到了及時(shí)有效的康復(fù)治療。目前，就下肢肌力康復(fù)機(jī)器人而言，國(guó)內(nèi)外已取得不菲的成果，但對(duì)股四頭肌的康復(fù)檢測(cè)研究較少。另外，國(guó)內(nèi)康復(fù)設(shè)備大多處于研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，醫(yī)療設(shè)備多為進(jìn)口，成本較高，且康復(fù)設(shè)備頗為龐大，不適合家用。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)出能夠惠及大眾的股四頭肌康復(fù)設(shè)備刻不容緩。1.2下肢康復(fù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著醫(yī)療領(lǐng)域的快速發(fā)展，康復(fù)機(jī)器人在醫(yī)療行業(yè)中的地位越發(fā)舉足輕重，其內(nèi)容涵蓋了康復(fù)醫(yī)學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科[6,7]。上世紀(jì)六十年代，人們首次將機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，但由于技術(shù)和成本的原因以失敗告終，八十年代康復(fù)機(jī)器人進(jìn)入初步研究階段，其中美國(guó)、英國(guó)和加拿大的相關(guān)研究處于前沿，九十年代后我國(guó)開始步入康復(fù)機(jī)器人研究領(lǐng)域[8]。目前，康復(fù)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，并且相關(guān)研究也是碩果累累[9-11]�？紤]到股四頭肌肌力鍛煉對(duì)膝關(guān)節(jié)功能障礙患者的重要性，下肢康復(fù)機(jī)器人的研究逐漸受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。1.2.1下肢康復(fù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在康復(fù)機(jī)器人的研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)研究技術(shù)還不成熟，與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一些差距，但國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者通過對(duì)相關(guān)前沿知識(shí)的借鑒和吸收，在下肢肌力康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和運(yùn)動(dòng)控制策略上取得了一定的成果[12]。圖1-1坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人圖1-2多模式下肢康復(fù)機(jī)器人燕山大學(xué)針對(duì)下肢癱瘓的人群設(shè)計(jì)了一種坐/臥式智能化的下肢康復(fù)機(jī)器人，如圖1-1所示。該機(jī)器人由一個(gè)座椅和兩條三自由度機(jī)械腿組成，且大小腿均設(shè)有長(zhǎng)度

訓(xùn)練或者多關(guān)節(jié)協(xié)同訓(xùn)練[15]。并通過實(shí)驗(yàn)樣機(jī)驗(yàn)證了該機(jī)器人的基本性能，經(jīng)過進(jìn)一步的改善，可基本滿足患者的下肢康復(fù)訓(xùn)練。浙江大學(xué)設(shè)計(jì)了一種下肢助力外骨骼機(jī)器人，如圖1-3所示。該機(jī)器人主要包括腰部支撐機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)四桿機(jī)構(gòu)以及足底支撐裝置。穿戴者在行走過程中，帶動(dòng)外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人則通過關(guān)節(jié)處和足底的位置傳感器獲取穿戴者運(yùn)動(dòng)過程中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的變化情況和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶以復(fù)制其步行位姿，進(jìn)而達(dá)到助力甚至增強(qiáng)穿戴者運(yùn)動(dòng)能力的目的[16,17]。南京理工大學(xué)研制了一種擬人化的下肢康復(fù)機(jī)器人，如圖1-4所示。其結(jié)構(gòu)主要由腰部機(jī)構(gòu)、腿部機(jī)構(gòu)和足部機(jī)構(gòu)組成�；谌藱C(jī)工程學(xué)，腰部機(jī)構(gòu)通過調(diào)節(jié)裝置可在患者運(yùn)動(dòng)過程中最大程度地貼合人體腰部的運(yùn)動(dòng)軌跡，腿部機(jī)構(gòu)設(shè)有圓弧滑槽使得髖關(guān)節(jié)做內(nèi)外旋運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與人體腿部中心重合。此外，為了解決外骨骼與人體由于運(yùn)動(dòng)過程中肌肉變形而引起的不匹配的問題，在膝關(guān)節(jié)和足部各預(yù)留了一個(gè)局部自由度[18]。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)與患者在康復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中有較高的擬合度，基本滿足患者康復(fù)需求。腰部支撐髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)足底支撐圖1-3下肢助力外骨骼圖1-4外骨骼整體結(jié)構(gòu)圖為了幫助癱瘓患者盡快恢復(fù)行走能力，香港中文大學(xué)開發(fā)出一種可穿戴的下肢外骨骼機(jī)器人，并將其命名為CUHK-EXO，如圖1-5所示。該機(jī)器人主要由關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，交互界面和控制系統(tǒng)等組成，可滿足患者進(jìn)行日�；净顒�(dòng)訓(xùn)練。髖關(guān)節(jié)和膝


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