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,對患者的生活帶來很大的不便。現(xiàn)有的下肢康復(fù)機器人均以關(guān)節(jié)活動度為指標(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。針對以上問題,本文設(shè)計了一款坐臥式股四頭肌康復(fù)機器人,并對股四頭肌的康復(fù)策略進行了探討,最終通過實驗驗證了肌肉康復(fù)的有效性。根據(jù)人體生理解剖學(xué)知識,規(guī)劃出了康復(fù)機器人的運動范圍,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動規(guī)律提出了不同位姿的康復(fù)機構(gòu);基于人機工程學(xué)知識,給出了股四頭肌康復(fù)機器人的總體設(shè)計方案,其中包括整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動源選型和整體控制原理的設(shè)計方案。基于閉環(huán)矢量法建立了股四頭肌康復(fù)機器人運動學(xué)方程,利用Matlab和Adams軟件對康復(fù)機器人進行了運動學(xué)仿真分析驗證;然后通過牛頓歐拉法建立了股四頭肌康復(fù)機器人人機系統(tǒng)的動力學(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人體下肢蹲起運動進行了運動學(xué)和動力學(xué)的仿真分析,分析結(jié)果表明下肢屈伸運動對股四頭肌的康復(fù)有著積極的作用,并進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

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

坐臥式下肢康復(fù)機器人燕山大學(xué)針對下肢癱瘓的人群設(shè)計了一

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-(4)康復(fù)機器人的研究使用，緩解了醫(yī)患比例失調(diào)所帶來的社會壓力，讓更多的患者得到了及時有效的康復(fù)治療。目前，就下肢肌力康復(fù)機器人而言，國內(nèi)外已取得不菲的成果，但對股四頭肌的康復(fù)檢測研究較少。另外，國內(nèi)康復(fù)設(shè)備大多處于研發(fā)實驗階段，醫(yī)療設(shè)備多為進口，成本較高，且康復(fù)設(shè)備頗為龐大，不適合家用。針對上述問題，設(shè)計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)機器人國內(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)、機械學(xué)、生物力學(xué)、計算機科學(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)機器人進入初步研究階段，其中美國、英國和加拿大的相關(guān)研究處于前沿，九十年代后我國開始步入康復(fù)機器人研究領(lǐng)域[8]。目前，康復(fù)機器人已廣泛應(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]。考慮到股四頭肌肌力鍛煉對膝關(guān)節(jié)功能障礙患者的重要性，下肢康復(fù)機器人的研究逐漸受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。1.2.1下肢康復(fù)機器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀在康復(fù)機器人的研究領(lǐng)域，國內(nèi)研究技術(shù)還不成熟，與發(fā)達國家仍存在一些差距，但國內(nèi)相關(guān)學(xué)者通過對相關(guān)前沿知識的借鑒和吸收，在下肢肌力康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和運動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)機器人圖1-2多模式下肢康復(fù)機器人燕山大學(xué)針對下肢癱瘓的人群設(shè)計了一種坐/臥式智能化的下肢康復(fù)機器人，如圖1-1所示。該機器人由一個座椅和兩條三自由度機械腿組成，且大小腿均設(shè)有長度

訓(xùn)練或者多關(guān)節(jié)協(xié)同訓(xùn)練[15]。并通過實驗樣機驗證了該機器人的基本性能，經(jīng)過進一步的改善，可基本滿足患者的下肢康復(fù)訓(xùn)練。浙江大學(xué)設(shè)計了一種下肢助力外骨骼機器人，如圖1-3所示。該機器人主要包括腰部支撐機構(gòu)、關(guān)節(jié)四桿機構(gòu)以及足底支撐裝置。穿戴者在行走過程中，帶動外骨骼進行運動，機器人則通過關(guān)節(jié)處和足底的位置傳感器獲取穿戴者運動過程中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的變化情況和運動趨勢，并進行學(xué)習(xí)記憶以復(fù)制其步行位姿，進而達到助力甚至增強穿戴者運動能力的目的[16,17]。南京理工大學(xué)研制了一種擬人化的下肢康復(fù)機器人，如圖1-4所示。其結(jié)構(gòu)主要由腰部機構(gòu)、腿部機構(gòu)和足部機構(gòu)組成。基于人機工程學(xué)，腰部機構(gòu)通過調(diào)節(jié)裝置可在患者運動過程中最大程度地貼合人體腰部的運動軌跡，腿部機構(gòu)設(shè)有圓弧滑槽使得髖關(guān)節(jié)做內(nèi)外旋運動的轉(zhuǎn)動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動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)留了一個局部自由度[18]。最后通過仿真實驗驗證了下肢康復(fù)機構(gòu)與患者在康復(fù)運動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器人，并將其命名為CUHK-EXO，如圖1-5所示。該機器人主要由關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，交互界面和控制系統(tǒng)等組成，可滿足患者進行日�；净顒佑�(xùn)練。髖關(guān)節(jié)和膝


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