下肢康復(fù)外骨骼機(jī)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析.pdf

1、隨著產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從制造業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到醫(yī)療服務(wù)業(yè)領(lǐng)域。下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人作為一種典型的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人，市場需求量大，但是涉及到機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、控制科學(xué)等多個學(xué)科，設(shè)計研發(fā)的技術(shù)難度較大。本文主要從機(jī)械學(xué)和運動學(xué)的角度對人體下肢運動特征進(jìn)行了研究，并從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度對外骨骼和人體下肢所構(gòu)成的空間機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，設(shè)計了一種新型的柔性聯(lián)結(jié)的外骨骼機(jī)構(gòu)，還采用了多桿機(jī)構(gòu)設(shè)計了康復(fù)外骨骼的的關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，

2、具體研究內(nèi)容如下。
　　首先分析了人體下肢關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點和運動特點，并根據(jù)各個關(guān)節(jié)的運動形式，建立了下肢的等效的機(jī)構(gòu)模型，在等效機(jī)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上建立了下肢的運動學(xué)模型和動力學(xué)模型，為外骨骼設(shè)計和外骨骼-下肢空間機(jī)構(gòu)的運動分析提供理論基礎(chǔ)；還分析了正常人步行時的步態(tài)特征，確定了康復(fù)目標(biāo)，即外骨骼系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。
　　然后針對傳統(tǒng)的外骨骼機(jī)器人在人體下肢關(guān)節(jié)和外骨骼機(jī)器人關(guān)節(jié)存在軸線偏差時，會產(chǎn)生過約束的問題，設(shè)計了一種柔性聯(lián)結(jié)

3、的外骨骼機(jī)構(gòu)。將外骨骼機(jī)器人和下肢作為一個整體機(jī)構(gòu)來分析，并采用螺旋理論，對外骨骼-下肢空間機(jī)構(gòu)的約束進(jìn)行分析，驗證該結(jié)構(gòu)的恰約束性。并建立了外骨骼-下肢空間機(jī)構(gòu)的運動學(xué)模型，采用matlab分析人體下肢關(guān)節(jié)軸線和外骨骼關(guān)節(jié)軸線存在軸線偏移時，對該系統(tǒng)輸出的影響；分別討論了軸線存在角度偏移和各個方向的位置偏移對輸出的影響，找出了對該系統(tǒng)輸出影響最大的偏移因素；分析了聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)參數(shù)對輸出的影響，給出了聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)參數(shù)的選取方法，并選取了最佳