發(fā)布時(shí)間：2016-11-12 08:00

  本文關(guān)鍵詞：氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練器的研制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《廣東工業(yè)大學(xué)》 2008年

氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練器的研制

劉靖  

【摘要】： 肢體康復(fù)訓(xùn)練器是一種幫助肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者完成各種運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)性訓(xùn)練的器械,其性能直接影響康復(fù)訓(xùn)練的訓(xùn)練效果。目前國(guó)內(nèi)外研究的肢體康復(fù)訓(xùn)練器多以電機(jī)或氣缸作為驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)病人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),雖位置控制精度較高,但柔性差,容易造成關(guān)節(jié)的損傷。氣動(dòng)肌肉是一種新型的驅(qū)動(dòng)器,不僅安全柔順,力/重量比大,而且其力/長(zhǎng)度特性與生物肌肉的力/長(zhǎng)度特性極為相似,因此以氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的肢體康復(fù)訓(xùn)練器更加符合人的生理特點(diǎn)。但是,近年來國(guó)內(nèi)外開展的基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的肢體康復(fù)訓(xùn)練器的研究,主要圍繞手臂或手部器械進(jìn)行,而氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練器卻鮮見研究報(bào)道。而在肢體殘疾人群體中,又以下肢殘疾人居多,因此研究氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練器具有十分重要的意義。本課題旨在研制出氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練器,并對(duì)其特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,為進(jìn)一步研究氣動(dòng)肌肉在下肢康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)與參考。 本文首先根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練理論,提出了下肢康復(fù)訓(xùn)練器機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,并確定了其總體設(shè)計(jì)方案。 在確定了下肢康復(fù)訓(xùn)練器的總體設(shè)計(jì)方案之后,本文根據(jù)下肢康復(fù)訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)了下肢康復(fù)訓(xùn)練器的機(jī)械系統(tǒng)、硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。其中機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)器氣動(dòng)肌肉的選型及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括氣動(dòng)控制回路和電氣控制回路的設(shè)計(jì)及相應(yīng)的氣動(dòng)元件、檢測(cè)元件的選型;軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是在Labview的平臺(tái)上開發(fā)出實(shí)現(xiàn)下肢康復(fù)訓(xùn)練器康復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制程序。 在完成了下肢康復(fù)訓(xùn)練器的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后,本文以膝關(guān)節(jié)為研究對(duì)象,開展了系統(tǒng)控制特性、等速CPM和等速ARM特性的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文研制的下肢康復(fù)訓(xùn)練器能夠?qū)崿F(xiàn)不同人群的等速CPM訓(xùn)練和等速ARM訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)速度和角度范圍均可調(diào),其施加于肢體的阻力可隨著患者用力的大小而變化,并具有較好的柔順性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH781
【目錄】：

摘要4-5

ABSTRACT5-12

第一章 緒論12-23

1.1 引言12-13

1.2 康復(fù)機(jī)器人發(fā)展概況13-18

1.2.1 國(guó)外康復(fù)機(jī)器人發(fā)展和研究狀況13-16

1.2.2 國(guó)內(nèi)康復(fù)機(jī)器人發(fā)展和研究狀況16-18

1.3 氣動(dòng)肌肉在康復(fù)機(jī)器人中的研究狀況18-21

1.3.1 氣動(dòng)肌肉的發(fā)展歷史和驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)18-20

1.3.2 氣動(dòng)肌肉在康復(fù)機(jī)器人中的應(yīng)用20-21

1.4 課題來源和研究意義21-22

1.5 本文主要研究工作22-23

第二章 下肢康復(fù)訓(xùn)練器總體方案設(shè)計(jì)23-33

2.1 康復(fù)訓(xùn)練理論23-24

2.2 下肢康復(fù)訓(xùn)練器設(shè)計(jì)要求24-25

2.2.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求24-25

2.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求25

2.3 總體方案設(shè)計(jì)25-32

2.3.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案26-30

2.3.2 硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案30-32

2.3.3 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32

2.4 本章小結(jié)32-33

第三章 下肢康復(fù)訓(xùn)練器機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-43

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-35

3.2 氣動(dòng)肌肉靜態(tài)數(shù)學(xué)模型35-36

3.3 氣動(dòng)肌肉的選型36-41

3.3.1 膝關(guān)節(jié)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型36-38

3.3.2 膝關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉選型38-40

3.3.3 髖關(guān)節(jié)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型40

3.3.4 髖關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉選型40-41

3.4 本章小結(jié)41-43

第四章 下肢康復(fù)訓(xùn)練器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43-56

4.1 硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43-52

4.1.1 閥類元件選型43-50

4.1.2 空氣組合元件選型50-51

4.1.3 壓縮機(jī)選型51

4.1.4 傳感器選型51-52

4.1.5 硬件控制回路52

4.2 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)52-55

4.2.1 Labview簡(jiǎn)介52-54

4.2.2 軟件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)54-55

4.3 本章小結(jié)55-56

第五章 下肢康復(fù)訓(xùn)練器實(shí)驗(yàn)研究56-72

5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介56-57

5.2 控制特性研究57-67

5.2.1 開環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性57-58

5.2.2 開環(huán)穩(wěn)態(tài)控制特性58

5.2.3 輸入輸出特性58-59

5.2.4 閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性59-67

5.3 等速 CPM和等速 ARM特性研究67-70

5.3.1 等速 CPM特性研究67-69

5.3.2 等速 ARM特性研究69-70

5.4 本章小結(jié)70-72

結(jié)論72-74

一、總結(jié)72

二、進(jìn)一步的工作72-74

參考文獻(xiàn)74-78

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文78-80

致謝80

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