基于3-UPU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的下肢康復(fù)機(jī)器人研究.pdf

1、隨著我國人口老齡化態(tài)勢的日趨嚴(yán)峻，因生理衰退導(dǎo)致四肢靈活性差甚至殘疾的老年人正不斷地增加。此外，由于戰(zhàn)爭、工傷、交通事故、疾病、災(zāi)難等原因造成神經(jīng)損傷或肢體損傷的患者也在顯著增加。但與之相對的是，康復(fù)設(shè)備與患者需求之間的矛盾已日漸突出：人工護(hù)理成本逐年增加；用于醫(yī)療康復(fù)的設(shè)備功能單一，價(jià)格昂貴。因此，針對人體四肢而研究和開發(fā)的康復(fù)設(shè)備必將有著良好的發(fā)展前景。
　　本文研究下肢康復(fù)機(jī)器人。首先，論文比較全面地綜述了國內(nèi)外有關(guān)下肢康復(fù)

2、機(jī)器人的研究現(xiàn)狀以及存在的技術(shù)難點(diǎn)，對課題的立意和開展起到了重要的指導(dǎo)作用。然后，在分析人體下肢結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理及損傷機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求提出了下肢康復(fù)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。接著，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)確定了下肢康復(fù)機(jī)器人的自由度及驅(qū)動(dòng)方式，分別對髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，將其串聯(lián)起來便組成了人體下肢康復(fù)機(jī)器人的整體機(jī)構(gòu)模型。本文采用純轉(zhuǎn)動(dòng)型3-UPU空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，并基于旋量理論對3-U

3、PU空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度進(jìn)行了定性地計(jì)算，同時(shí)也對機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺的位置和速度進(jìn)行了分析和計(jì)算。通過計(jì)算驗(yàn)證了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，且滿足轉(zhuǎn)動(dòng)軸線交于一點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的康復(fù)訓(xùn)練。之后，根據(jù)人體下肢基本尺寸，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件Creo對下肢康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模，并將三維軟件Creo中的模型進(jìn)行簡化后，導(dǎo)入MATLAB中的機(jī)構(gòu)仿真工具Simulink和SimMechanics搭建了下肢康復(fù)機(jī)器人

4、的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。通過仿真分析，驗(yàn)證了所搭建的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的可行性和正確性，為下一步的動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)械本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、步態(tài)規(guī)劃、軌跡控制等奠定了基礎(chǔ)。最后，對下肢康復(fù)機(jī)器人的康復(fù)評價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的研究。應(yīng)用模糊綜合評價(jià)法和層次分析法相結(jié)合的評價(jià)方法（AHP-FCE康復(fù)評價(jià)方法）對下肢康復(fù)程度進(jìn)行了評價(jià)，并以髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度進(jìn)行實(shí)例評價(jià)。通過實(shí)例證明了AHP-FCE康復(fù)評價(jià)方法具有充分的可實(shí)現(xiàn)性，且優(yōu)于傳統(tǒng)的臨床康復(fù)評價(jià)方法，