針對膝關(guān)節(jié)運動障礙的患者,需要對其進行正確、科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練。在實際康復(fù)過程中,膝關(guān)節(jié)和外骨骼軸線之間會產(chǎn)生相對位移,患者常會感到不適。為了改善這一缺點,本文提出了一種生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人。該機器人可以彌補人工康復(fù)治療手段效率低、勞動強度大的缺點,同時能實現(xiàn)在康復(fù)過程中補償人體膝關(guān)節(jié)與外骨骼膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動中心的錯位,使康復(fù)機器人與人體膝關(guān)節(jié)的運動達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。首先,基于膝關(guān)節(jié)解剖學(xué),以一種具有變軸線轉(zhuǎn)動的1R人體膝關(guān)節(jié)模型為基礎(chǔ),提出一種膝關(guān)節(jié)與外骨骼軸線自動對準的生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機構(gòu)型綜合的方法,綜合設(shè)計出一系列生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機構(gòu),并根據(jù)人體的特征參數(shù),提出了一種最優(yōu)生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機構(gòu)。對綜合的生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機構(gòu)進行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計,分析計算了該機構(gòu)的運動學(xué)正反解,利用極坐標邊界搜索法繪制出膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人的工作空間。通過矢量閉環(huán)法得到了機構(gòu)各構(gòu)件的速度和加速度,為生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人動力學(xué)模型的構(gòu)建提供研究基礎(chǔ)。對生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人進行動力學(xué)探究。建立膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人的牛頓歐拉方程,基于Adams/Simulink聯(lián)合仿真技術(shù)得到生物融合式膝關(guān)節(jié)康復(fù)... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

大艾外骨骼康復(fù)機器人

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-1.2膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者通過對相關(guān)前沿知識的借鑒和吸收，在膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和控制策略上取得了一定的成果，下面以幾個典型的康復(fù)外骨骼為例，介紹康復(fù)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。1.2.1膝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀2018年，北京大艾外骨骼公司研發(fā)出艾康外骨骼康復(fù)機器人，如圖1-1所示[7]。此機器人適用于脊髓損傷患者，具有6個自由度，在伺服電機的作用下，驅(qū)動病人下肢的三個關(guān)節(jié)進行康復(fù)訓(xùn)練，通過康復(fù)界面對康復(fù)訓(xùn)練模式進行設(shè)置，能滿足不同病患在不同康復(fù)時期的康復(fù)需求。機器人外部框架底部裝有四個萬向輪，患者可以隨時變換訓(xùn)練場地，不占用固定空間，具有多功能運動模式，桿長尺寸可調(diào)，適應(yīng)不同身高的病患，進行有效的步態(tài)刺激，促使病人更快的矯正步態(tài)，加速康復(fù)。中科院研究所向大眾公布了一款新型下肢智能輔助裝置，如圖1-2所示。與其他的下肢外骨骼相比，此產(chǎn)品具備一些卓越的優(yōu)點，此康復(fù)裝置單個機械腿就擁有5個自由度，每個關(guān)節(jié)都配置伺服驅(qū)動裝置，驅(qū)動人體下肢進行正確的步態(tài)訓(xùn)練，下肢保證運動平衡無需拐杖支撐[8]。此設(shè)備具有康復(fù)評估系統(tǒng)，能實時把病患的康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)反饋到下位機，自動生成康復(fù)報表。通過修改并優(yōu)化控制程序，能實現(xiàn)康復(fù)機器人的最優(yōu)步態(tài)控制。圖1-1大艾外骨骼康復(fù)機器人圖1-2新型智能可穿戴下肢外骨骼Auto-LEE璟和機器人公司研發(fā)出了具有多體位的下肢外骨骼機器人[9]，如圖1-3所示。可用于腦卒中、脊髓損傷病患，幫助患者重塑步態(tài)技能。此款康復(fù)裝置最大的優(yōu)勢在于

第1章緒論-3-能調(diào)整機器人位姿以此實現(xiàn)多體位的康復(fù)訓(xùn)練。大部分病患在早期身體比較虛弱，無法直立行走，將此產(chǎn)品設(shè)置成躺臥位進行康復(fù)訓(xùn)練，隨著病患身體改善，逐步切換到直立姿態(tài)，一步步重塑病人的神經(jīng)系統(tǒng)。燕山大學(xué)王洪波教授與其團隊成員研制出了坐臥式多關(guān)節(jié)下肢康復(fù)機器人[10]，如圖1-4所示。該機器人的左右兩側(cè)各配備一條外骨骼機械腿，而且每條腿擁有三個自由度，該機器人能夠在矢狀平面內(nèi)完成人體的下肢康復(fù)運動，具有主動、被動以及軌跡輔助等多種訓(xùn)練模式，該機器人符合臨床試驗的各項規(guī)范和相關(guān)要求，現(xiàn)已朝著市場方向進行推廣。圖1-3Flexbot多體位智能下肢外骨骼康復(fù)機器人圖1-4坐臥式多關(guān)節(jié)下肢康復(fù)機器人北京航空航天大學(xué)研制出了一種平面三自由度并聯(lián)式下肢外骨骼[11]，如圖1-5所示。驅(qū)動器分別是以旋轉(zhuǎn)電動機以及滾珠絲杠為主要部件組成的，膝關(guān)節(jié)處的康復(fù)設(shè)備是具有仿生性能的并聯(lián)機構(gòu)，髖關(guān)節(jié)在簡化時可以被當成一個鉸鏈關(guān)節(jié)來看待，下肢外骨骼髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)構(gòu)成了一個串并聯(lián)機構(gòu)，此機構(gòu)能夠帶動小腿末端實現(xiàn)人體正常的步態(tài)軌跡，進而高精度的實現(xiàn)對復(fù)雜人體膝關(guān)節(jié)耦合運動的模擬。圖1-5并聯(lián)式下肢外骨骼樣機圖

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