可穿戴下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、伴隨著科技的不斷發(fā)展以及醫(yī)療技術(shù)的顯著提高,下肢癱瘓患者對(duì)于康復(fù)治療設(shè)備性能需求也越來越高。本文基于這種需求研究設(shè)計(jì)了一種下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人。在設(shè)計(jì)過程中,充分考慮到康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及患者穿戴外骨骼時(shí)的舒適性和平順性。使患者能夠在穿戴下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)下順利完成康復(fù)治療過程中的訓(xùn)練動(dòng)作。
　　本文首先對(duì)康復(fù)機(jī)器人現(xiàn)階段國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了深入的調(diào)研,說明了國內(nèi)外各機(jī)構(gòu)研發(fā)的康復(fù)機(jī)器人的特點(diǎn),并分析總結(jié)它們的

2、優(yōu)缺點(diǎn),闡明了本文的研究重點(diǎn)。之后結(jié)合人體解剖學(xué)與人體步態(tài)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征參數(shù)進(jìn)行了下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)。分別從機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)4個(gè)方面進(jìn)行了初步的介紹,闡明了總體的設(shè)計(jì)思路。
　　接下來應(yīng)用D-H法對(duì)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,結(jié)合現(xiàn)有條件對(duì)人體自由度進(jìn)行簡化,建立了下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人單腿模型,描述了關(guān)節(jié)變量與下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人末端位置之間的關(guān)系。在動(dòng)力學(xué)分析中,分別采用拉格朗日

3、-歐拉法以及牛頓法對(duì)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,在拉格朗日動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了PD控制器,并驗(yàn)證了PD控制器在應(yīng)用于下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的可行性。
　　康復(fù)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中需要與人體正常運(yùn)動(dòng)保持高度的一致性。為此進(jìn)行了人體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中采集人體各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù),結(jié)合下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行綜合分析,獲得驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需要的最大驅(qū)動(dòng)力力矩以及最大功率。通過介紹不同驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)最終確定電機(jī)以